RU2357870C1 - Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds - Google Patents
Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds Download PDFInfo
- Publication number
- RU2357870C1 RU2357870C1 RU2007135628/03A RU2007135628A RU2357870C1 RU 2357870 C1 RU2357870 C1 RU 2357870C1 RU 2007135628/03 A RU2007135628/03 A RU 2007135628/03A RU 2007135628 A RU2007135628 A RU 2007135628A RU 2357870 C1 RU2357870 C1 RU 2357870C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- specified
- characters
- laser
- stage
- protocol
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Laser Beam Processing (AREA)
- Adornments (AREA)
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится, в общем, к способу и системе для лазерного мечения драгоценных камней и, в частности, к способу и системе гравирования кодов аутентификации, состоящих из нескольких микроскопических точечных меток, создаваемым путем воздействия на локализованные внутренние дефекты в объеме драгоценного камня управляемой последовательностью лазерных импульсов.The present invention relates, in General, to a method and system for laser marking of precious stones and, in particular, to a method and system for engraving authentication codes consisting of several microscopic point marks created by affecting localized internal defects in the volume of a gemstone controlled by a sequence of laser pulses.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION
Мечение драгоценных камнейTagging Gemstones
Предварительное вписывание однозначно определенной идентифицирующей метки или indicium (знак - лат.) на драгоценном камне, который украден, утерян или смешан в куче, очень помогает идентифицировать его в случае виндикации (истребования в судебном порядке) и последующего возвращения законному владельцу. Поэтому страховые компании настоятельно требуют метить драгоценные камни большой стоимости, поскольку многие из этих изделий страхуются. С другой стороны, вписывание indicium (далее - знак), который просто указывает место добычи или страну происхождения драгоценных камней, таких как алмазы, поможет эффективно предотвратить поступление так называемых «конфликтных алмазов» на предприятия по обработке алмазов, осуществляющие деятельность на законных основаниях.Pre-inscribing a uniquely identified identification tag or indicium (lat.) On a gem that is stolen, lost or mixed in a heap helps to identify it in case of vindication (legal reclamation) and subsequent return to its rightful owner. Therefore, insurance companies urgently need to tag gems of great value, since many of these products are insured. On the other hand, inscribing indicium (hereinafter “the mark”), which simply indicates the place of extraction or country of origin of precious stones such as diamonds, will help to effectively prevent the so-called “conflict diamonds” from entering legally operating diamond processing enterprises.
Мечение изделий разного характера в целях их однозначной идентификации, классификации, отслеживания или легкости виндикации уже хорошо освоено.The labeling of products of various nature in order to uniquely identify, classify, track or ease of vindication is already well developed.
Меченые знаки могут принимать вид читаемых человеком кодов, таких как логотипы, художественные изображения, пробы или заводские номера, из последовательности буквенно-цифровых знаков.Labeled characters can take the form of human-readable codes, such as logos, artwork, samples, or serial numbers, from a sequence of alphanumeric characters.
Можно вписывать и машинно-считываемые коды, такие как обычные одномерные штриховые коды или двухмерные массивы точечных меток, разработанные в соответствии с различными видами символик. Некоторые отличительные особенности драгоценных камней делают их мечение весьма затруднительным. Например, знаки приходится гравировать на поверхности очень мелких изделий, которые обычно имеют большое число еще меньших граней (фасетов), ориентированных в разных направлениях. Кроме того, если драгоценный камень устанавливается в оправу, для мечения доступна лишь ограниченная часть наружной поверхности камня. Эти трудности усугубляются тем фактом, что драгоценные камни, такие как алмазы, представляют собой материал очень высокой твердости, подверженный раскалыванию при резком механическом напряжении или чрезмерном локальном нагреве. И что более важно, вписывание постоянного знака на ограненном и полированном драгоценном камне никоим образом не должно ухудшать его внешний вид, снижать качество и денежную стоимость.You can enter machine-readable codes, such as ordinary one-dimensional bar codes or two-dimensional arrays of point labels, designed in accordance with various types of symbols. Some of the distinguishing features of gemstones make their marking very difficult. For example, signs have to be engraved on the surface of very small products, which usually have a large number of even smaller faces (facets) oriented in different directions. In addition, if the gemstone is installed in the frame, only a limited part of the outer surface of the stone is available for tagging. These difficulties are compounded by the fact that gemstones, such as diamonds, are very high hardness materials, prone to cracking under severe stress or excessive local heating. And more importantly, inscribing a permanent sign on a faceted and polished gemstone in no way should impair its appearance, reduce quality and monetary value.
Лазерное мечение знаков на поверхности драгоценных камнейLaser marking of gemstone marks
Среди различных способов, разработанных для постоянного мечения драгоценных камней, в промышленности по обработке драгоценных камней давно известно лазерное мечение. Один из предпочтительных способов лазерного мечения основан на использовании лазерного луча с соответствующими характеристиками, причем луч направляют на часть полированной поверхности драгоценного камня. Некоторые ключевые характеристики луча, такие как средняя мощность или энергия каждого импульса, условия фокусирования, длина волны и продолжительность воздействия лазером, подбирают таким образом, чтобы подвергнуть абляции тонкий слой поверхностного материала. Для лазерного мечения предложены и используются различные виды лазерных систем. Например, в патентах США 5149938, 5410125 и 5573684 (все выданные Уинстону (Winston) и др.), 6187213, выданном Смиту (Smith), 6483073, 6593543, 6747242 и 6788714 (все выданные Бендерли (Benderly)) описывается использование эксимерных лазеров, способных передавать ультрафиолетовое лазерное излучение, т.е. лазерное излучение длиной волны менее примерно 400 нм (нм - нанометр, 1 нм = 10-9 м). Предпочтительными являются лазерные лучи с более короткой длиной волны, поскольку диаметр гравированных участков и ширина гравированных линейных сегментов коррелируют с длиной волны луча. Следует отметить, что большинство самородных алмазов относятся к типу Ia. Их край полосы поглощения ультрафиолетового излучения соответствует длине волны примерно 291 нм, так что они практически прозрачны для длин волн в видимой области спектра - в диапазоне от 400 примерно до 700 нм. Однако в качестве лазерных источников для мечения драгоценных камней оказались привлекательными полупроводниковые лазерные системы, особенно если их первичный выходной луч является удвоенной частоты, чтобы получить окончательную длину волны обычно в диапазоне от 500 до 600 нм в видимой области спектра. Использование лазеров Nd:YAG для гравирования на поверхности драгоценных камней описано в патентах США 4392476 (выданном Грессеру (Gresser) и др.), 4467172 (выданном Эренуальду (Ehrenwald) и др.), 5753887 (выданном Розенвассеру (Rosenwasser) и др.) и 6713715 (выданном Кристенсену (Christensen) и др.), а использование лазеров Nd:YLF раскрыто в патентах США 5932119, 6211484, 6476351 и 6684663 (все выданные Каплан (Kaplan) и др.). Лазерные лучи, имеющие площадь поперечного сечения достаточной величины, при попадании на поверхность изделия могут создавать посредством абляции рисунки сложных форм путем использования маски, в которой механически выполнены вырезы, точно воспроизводящие форму необходимого рисунка. Альтернативно, знаки, имеющие сложные рисунки, можно гравировать лазерным лучом, очень точно сфокусированным на очень маленький участок на поверхности изделия. Для этой цели изделие может устанавливаться оснащенным электроприводом столиком для перемещения в трех направлениях (XYZ) с предварительно запрограммированными перемещениями. Другой подход заключается в использовании устройства управления лучом для сканирования управляемым образом лазерного луча по ограниченной поверхности изделия, которое удерживается неподвижным. Даже при очень точном фокусировании средняя мощность или энергия каждого импульса, подаваемого лазерным источником, может оказаться недостаточной для порога абляции поверхности драгоценных камней, таких как алмаз, которые представляют собой материал очень высокой твердости и обычно прозрачный. В таком случае перед воздействием лазерного луча на поверхность изделия можно нанести светопоглощающий материал, такой как краска или паста для мечения. Альтернативой использованию светопоглощающих покрытий служит использование импульсного лазера, который может излучать лазерные импульсы продолжительностью менее примерно 1 нс (нс - наносекунда, 1 нс = 10-9 с) для снижения пороговой энергии для испарения большинства материалов, как описано в патенте США 6713715 (выданном Кристенсену и др.).Among the various methods developed for the permanent labeling of precious stones, laser marking has long been known in the precious stone processing industry. One of the preferred methods of laser marking is based on the use of a laser beam with the appropriate characteristics, and the beam is directed to part of the polished surface of the gem. Some key characteristics of the beam, such as the average power or energy of each pulse, the focusing conditions, the wavelength and the duration of the laser exposure, are selected so as to ablate a thin layer of surface material. For laser marking, various types of laser systems have been proposed and used. For example, U.S. Patent Nos. 5149938, 5410125 and 5573684 (all issued to Winston et al.), 6187213 to Smith, 6483073, 6593543, 6747242 and 6788714 (all to Bendery) describe the use of excimer lasers, capable of transmitting ultraviolet laser radiation, i.e. laser radiation with a wavelength of less than about 400 nm (nm - nanometer, 1 nm = 10 -9 m). Shorter wavelengths are preferred because the diameter of the engraved sections and the width of the engraved linear segments correlate with the wavelength of the beam. It should be noted that most native diamonds are of type Ia. Their edge of the absorption band of ultraviolet radiation corresponds to a wavelength of about 291 nm, so that they are practically transparent for wavelengths in the visible region of the spectrum - in the range from 400 to about 700 nm. However, semiconductor laser systems have proven attractive as laser sources for labeling gemstones, especially if their primary output beam is doubled in frequency to obtain the final wavelength, usually in the range of 500 to 600 nm in the visible spectrum. The use of Nd: YAG lasers for engraving on the surface of gemstones is described in US Pat. Nos. 4,392,476 (issued to Gresser et al.), 4,467,172 (issued to Ehrenwald and others), 5,753,887 (issued to Rosenwasser and others) and 6713715 (issued to Christensen and others), and the use of Nd: YLF lasers is disclosed in US patents 5932119, 6211484, 6476351 and 6684663 (all issued by Kaplan and others). Laser beams having a cross-sectional area of sufficient size, when hit on the surface of the product, can create patterns of complex shapes by ablation by using a mask in which cutouts are mechanically made to accurately reproduce the shape of the desired pattern. Alternatively, signs having complex patterns can be engraved with a laser beam that is very precisely focused on a very small area on the surface of the product. For this purpose, the product can be installed with an electric drive table for moving in three directions (XYZ) with pre-programmed movements. Another approach is to use a beam control device for controllably scanning a laser beam over a limited surface of an article that is held stationary. Even with very precise focusing, the average power or energy of each pulse supplied by the laser source may not be sufficient for the threshold of ablation of the surface of gemstones such as diamond, which are very high hardness materials and usually transparent. In this case, before exposure to the laser beam, a light-absorbing material such as paint or labeling paste can be applied to the surface of the product. An alternative to using light-absorbing coatings is the use of a pulsed laser that can emit laser pulses of less than about 1 ns duration (ns is a nanosecond, 1 ns = 10 -9 s) to lower the threshold energy for the evaporation of most materials, as described in US Pat. No. 6,713,715 (issued to Christensen) and etc.).
Знаки, выгравированные с использованием обычного способа, описанного в указанных выше противопоставленных патентах, не ухудшают внешний вид и сортировку драгоценных камней, поскольку эти метки обычно гравируются на части поверхности рундиста (называемого также пояском) драгоценных камней. В частности, эти метки, выгравированные на алмазах, часто создают некоторое потемнение из-за роста поверхностного слоя графита в процессе лазерной абляции. Во многих случаях присутствие графита представляет собой несущественную проблему, и, фактически, оно может помочь обеспечить лучшую видимость знаков, если они предназначены для считывания при помощи лупы малого увеличения. При необходимости в этом слой графита можно удалить поверхностной обработкой. Пример такой обработки приводится в патенте США 4467172 (выданном Эренуальду и др.); она заключается в прикладывании температуры +700°С в сочетании с хлористоводородной (соляной) кислотой. Помимо высококонтрастного внешнего вида знаков, создаваемого присутствием слоя графита на гравированных участках поверхности, любой знак можно сделать более легким для обнаружения и распознания просто путем его увеличения. Преимущество вписывания легковидимых знаков, имеющих достаточно большие размеры, заключается в том, что в некоторых конкретных случаях они могут служить как эффективные средства удерживания от воровства.Signs engraved using the conventional method described in the above opposed patents do not impair the appearance and sorting of the gemstones, since these marks are usually engraved on a part of the surface of the girdle (also called girdle) of the gemstones. In particular, these marks engraved on diamonds often create some darkening due to the growth of the surface layer of graphite during laser ablation. In many cases, the presence of graphite is an insignificant problem, and, in fact, it can help provide better visibility of signs if they are designed to be read with a small magnifier. If necessary, this layer of graphite can be removed by surface treatment. An example of such processing is given in US Pat. No. 4,467,172 (issued to Ehrenuald et al.); it consists in applying a temperature of + 700 ° C in combination with hydrochloric (hydrochloric) acid. In addition to the high-contrast appearance of the signs created by the presence of a graphite layer on the engraved parts of the surface, any sign can be made easier to detect and recognize simply by increasing it. The advantage of inscribing easily visible signs that are large enough is that in some specific cases they can serve as effective deterrents against theft.
К сожалению, видимые знаки, вписанные непосредственно на поверхности драгоценных камней, можно легко подделать путем простой переполировки гравированной части поверхности рундиста или используя другие виды поверхностных обработок. После этой операции, возможно, последует мечение нового, но незаконного знака. Поверхностная обработка с целью убрать знак, выгравированный на поверхности драгоценного камня, будет заключаться, например, в удалении любого следа графита в выгравированном рисунке (при наличии такового) и затем заполнении выгравированных зон определенным видом продукта для заполнения трещин или изломов, хорошо известным в данной области. Даже если мечение на части поверхности пояса не ухудшает внешний вид и сортировку драгоценного камня, знак, вписанный на рундисте, может стать скрытым, если мечение будет перенесено на драгоценный камень перед его установкой в оправу. Многие оправы имеют захваты, которые не дают получить визуальный доступ ко всей поверхности рундиста.Unfortunately, visible signs inscribed directly on the surface of precious stones can be easily faked by simply polishing the engraved part of the surface of the girdle or using other types of surface treatments. After this operation, perhaps, a marking of a new but illegal sign will follow. Surface treatment in order to remove the sign engraved on the surface of the gemstone will consist, for example, of removing any trace of graphite in the engraved pattern (if any) and then filling the engraved areas with a certain type of product to fill cracks or fractures, well known in this field . Even if the marking on a part of the surface of the belt does not impair the appearance and sorting of the gemstone, the mark inscribed on the girdle may become hidden if the marking is transferred to the gemstone before it is mounted in the frame. Many frames have grips that prevent visual access to the entire surface of the girdle.
С другой стороны, в некоторых других случаях может потребоваться, чтобы идентификация была как можно менее заметной во избежание неразрешенного обнаружения. Очевидный путь достичь этой цели - вписывать знаки с очень мелкими общими размерами. Как уже отмечалось, размер наименьших деталей, которые можно вписать лазерным лучом, сфокусированным обычной оптикой, по существу ограничивается длиной волны света, достигающей того, что называется пределом дифракции света. К сожалению, мощные, надежные и относительно недорогие лазеры, излучающие на длинах волн короче примерно 190 нм и конструктивно исполненные для промышленного применения, по-прежнему отсутствуют.On the other hand, in some other cases, the identification may be required to be as low as possible to avoid unauthorized detection. The obvious way to achieve this goal is to inscribe signs with very small overall dimensions. As already noted, the size of the smallest details that can be entered by a laser beam focused by conventional optics is essentially limited by the wavelength of light reaching what is called the diffraction limit of light. Unfortunately, powerful, reliable and relatively inexpensive lasers emitting at wavelengths shorter than about 190 nm and structurally designed for industrial applications are still missing.
Значительное усовершенствование существующих методов лазерного мечения на поверхности драгоценных камней осуществлено путем использования специального метода, известного как ближнеполевая оптика. В патенте США 6624385, патентной заявке США 10/607184 и патентной заявке США 10/607185 (изобретатели Паттон (Patton) и др.) описывается использование ближнеполевой оптики для мечения драгоценных камней самыми различными лазерами, такими как эксимерные лазеры и лазеры Nd:YAG с удвоенной частотой. Этот способ позволяет вписывать «микрознаки», состоящие из элементов, размеры которых намного меньше, чем допускает предел оптической дифракции. Ближнеполевую оптику можно реализовать путем подачи лазерного луча через сужающиеся оптические волокна или, предпочтительнее, путем использования твердой иммерсионной линзы, плоская выходная поверхность которой установлена в тесном контакте с частью поверхности драгоценного камня.Significant improvement of the existing methods of laser marking on the surface of precious stones was carried out using a special method known as near-field optics. U.S. Patent 6,624,385, U.S. Patent Application 10/607184 and U.S. Patent Application 10/607185 (inventors of Patton et al.) Describe the use of near-field optics for marking gemstones with a wide variety of lasers, such as excimer lasers and Nd: YAG lasers with double frequency. This method allows you to enter "microsigns" consisting of elements whose dimensions are much smaller than the optical diffraction limit allows. Near-field optics can be realized by supplying a laser beam through tapering optical fibers or, preferably, using a solid immersion lens, the flat exit surface of which is installed in close contact with part of the surface of the gemstone.
В дополнение к известным недостаткам лазерного мечения на поверхности драгоценных камней мечение микрознаков очень мелких размеров может затруднить их нахождение в течение разумного времени. Обычно должен предоставляться ключ для поиска, или же микрознаки должны вписываться в точных местах относительно некоторых заметных ориентиров на камне, таких как геометрический центр таблички (плоской части короны бриллиантовой огранки). Кроме того, считывание едва различимых микрознаков обычно осуществляется с помощью сложных и дорогих устройств. Наконец, для удаления следов любого незаметного микрознака контрафактор может легко переполировать всю наружную поверхность украденного драгоценного камня.In addition to the known disadvantages of laser marking on the surface of precious stones, marking micro-signs of very small sizes can make it difficult to find them within a reasonable time. Usually a search key should be provided, or microsigns should fit in exact places relative to some noticeable landmarks on the stone, such as the geometric center of the plate (the flat part of the diamond-cut crown). In addition, the reading of subtle micro-signs is usually carried out using complex and expensive devices. Finally, to remove traces of any inconspicuous micro-sign, the counterfeit can easily re-polish the entire outer surface of the stolen gem.
Лазерное мечение знаков в объеме прозрачных материаловLaser marking of signs in the volume of transparent materials
Независимо от общего размера и сложности знак можно сделать очень трудным, если вообще невозможным, для подделки, если выгравировать его достаточно далеко от поверхности драгоценного камня с оставлением наружной поверхности, не измененной процессом мечения. В этом случае слой материала, находящийся между знаком и наружной поверхностью, служит толстым защитным барьером, так что изменить знак без причинения больших и непоправимых повреждений изделию, меченому таким образом, становится очень трудным. Для мечения изделий свойства, размеры и использования которых радикально отличаются от таковых обычных драгоценных камней, разработаны способы подповерхностного мечения лазерным лучом. Например, в патенте США 5206496, выданном Клементу (Clement) и др., описывается подповерхностное лазерное мечение зон повышенной непрозрачности в теле прозрачных материалов, таких как стекла и пластмассы. Предложен способ мечения тары, которая используется, например, для дорогих парфюмерных изделий, которые продаются в ограниченном количестве в фирменных магазинах. Мечение в объеме материала дает преимущество не только способности выдерживать любую поверхностную обработку (включая переполировку), но очень большой трудности для точного копирования злоумышленниками. Лазерное мечение ниже поверхности алмазов вкратце описано в патенте США 4467172 (выданном Эренуальду и др.), однако в описании изобретения к этому патенту не приводятся сведения о контроле формы, размеров и глубины подповерхностных замкнутых меток.Regardless of the overall size and complexity, the mark can be made very difficult, if not impossible at all, to counterfeit, if it is engraved far enough from the surface of the gem, leaving the outer surface unchanged by the marking process. In this case, the layer of material between the sign and the outer surface serves as a thick protective barrier, so changing the sign without causing major and irreparable damage to the product marked in this way becomes very difficult. For the labeling of products properties whose dimensions and uses are radically different from those of ordinary gemstones, methods have been developed for subsurface labeling with a laser beam. For example, US Pat. No. 5,206,496 to Clement et al. Describes subsurface laser marking of areas of increased opacity in the body of transparent materials such as glass and plastics. A method for labeling containers is proposed, which is used, for example, for expensive perfumes that are sold in limited quantities in company stores. Labeling in the bulk of the material gives an advantage not only the ability to withstand any surface treatment (including repolishing), but also very difficult for attackers to accurately copy. Laser marking below the surface of diamonds is briefly described in US Pat.
Вписывание меток (именуемых также «микроструктурами») в объеме различных материалов лазерными лучами - это концепция, являющаяся многообещающей для вписывания двух- и даже трехмерных массивов плотно упакованных точечных меток для постоянного хранения оптических данных. Эта концепция привлекательна и для построения оптических волноводов, служащих для проведения света в объем оптических материалов, таких как кварцевое стекло. Для обоих видов применений, упомянутых выше, требуется использование записывающего лазерного луча с жестко контролируемыми временными и пространственными характеристиками, чтобы вписать микроструктуры точных размеров и форм в объеме прозрачного материала без причинения какого-либо нежелательного повреждения середине материала или его наружной поверхности. В патенте США 5671111, выданном Глезеру, хотя и относящемуся, главным образом, к хранению оптической информации, описывается использование ультракоротких лазерных импульсов для получения не имеющих трещин микроструктур правильной формы с высококонтрастным показателем преломления в различных прозрачных материалах. К этим материалам относятся кварцевое стекло, пластмассы, полупроводники, сапфир и даже мелкие кристаллы и ювелирные изделия. В вышеуказанном патенте рассмотрены три разных режима мечения, первый из которых обеспечивает лучший контроль формы и размеров вписанных микроструктур. Этот режим основан на использовании жестко сфокусированного импульсного лазерного луча с крайне короткой длительностью импульса, т.е. в пределах от нескольких фс (фс - фемтосекунда, 1 фс = 10-15 с) примерно до 200 пс (пс - пикосекунда, 1 пс = 10-12 с). Другое требование этого конкретного режима мечения относится к энергии, переносимой каждым лазерным импульсом, которая должна быть сравнимой (или в несколько раз выше ее) с пороговой энергией, требуемой, чтобы вызвать постоянные структурные изменения (повреждения) во вмещающем прозрачном материале при выбранных длине волны лазера и характеристик фокусирования.Inserting marks (also called “microstructures”) in the volume of various materials by laser beams is a concept that is promising for incorporating two- or even three-dimensional arrays of densely packed point marks for permanent storage of optical data. This concept is also attractive for constructing optical waveguides used to conduct light into the bulk of optical materials, such as silica glass. For both types of applications mentioned above, the use of a recording laser beam with tightly controlled temporal and spatial characteristics is required to fit microstructures of exact sizes and shapes into the bulk of the transparent material without causing any undesirable damage to the middle of the material or its outer surface. U.S. Patent 5,671,111, issued to Glaser, although mainly related to the storage of optical information, describes the use of ultrashort laser pulses to produce crackless microstructures of regular shape with a high contrast index of refraction in various transparent materials. These materials include quartz glass, plastics, semiconductors, sapphire, and even small crystals and jewelry. The above patent describes three different labeling modes, the first of which provides better control over the shape and size of the inscribed microstructures. This mode is based on the use of a rigidly focused pulsed laser beam with an extremely short pulse duration, i.e. ranging from a few fs (fs is a femtosecond, 1 fs = 10 -15 s) to about 200 ps (ps is a picosecond, 1 ps = 10 -12 s). Another requirement of this particular labeling regime relates to the energy carried by each laser pulse, which should be comparable (or several times higher) with the threshold energy required to cause permanent structural changes (damage) in the surrounding transparent material at the selected laser wavelength and focus characteristics.
Результаты успешной демонстрации этого способа подповерхностного мечения приведены в вышеупомянутом патенте и статьях в журналах, таких как Е. N. Glezer et al. (Глезер и др.), "Three-dimensional optical storage inside transparent materials" («Хранение трехмерной оптической информации внутри прозрачных материалов»), Optics Letters, Vol.21, p.2023-2025 (1996), и Е. N. Glezer et al., "Ultrafast-laser driven micro-explosions in transparent materials" («Вызываемые сверхбыстрым лазером микровзрывы в прозрачных материалах»), Applied Physics Letters, Vol.71, p.882-884 (1997). Например, авторам удалось вписать двухмерный массив микроструктур с низкоконтрастным показателем преломления, отстоящих друг от друга примерно на 2 мкм (мкм - микрометр, 1 мкм = 10-6 м) и имеющих диаметр в пределах 200-250 нм, если смотреть с поверхности, на которую падал лазерный луч. Микроструктуры были вписаны на глубине 100 мкм от поверхности записывающей среды, изготовленной из кварцевого стекла. Следует, однако, отметить, что в указанных патенте и связанных с ним журнальных статьях не сообщается о какой-либо успешной попытке мечения в объеме алмазного материала. Фактически, в этих противопоставленных материалах лишь упоминается о том, что порог энергии для вызывания структурных изменений в объеме алмазов выше, чем пороги энергии большинства других прозрачных материалов, не менее чем в 100 раз.The results of a successful demonstration of this subsurface tagging method are given in the aforementioned patent and journal articles such as E. N. Glezer et al. (Glezer et al.), "Three-dimensional optical storage inside transparent materials" (Optics Letters, Vol.21, p.2023-2025 (1996), and E. N. Glezer et al., "Ultrafast-laser driven micro-explosions in transparent materials", Applied Physics Letters, Vol. 71, p. 882-884 (1997). For example, the authors managed to enter a two-dimensional array of microstructures with a low contrast index of refraction, spaced about 2 μm apart (μm - micrometer, 1 μm = 10 -6 m) and having a diameter of 200-250 nm, when viewed from the surface, on which was hit by a laser beam. The microstructures were inscribed at a depth of 100 μm from the surface of the recording medium made of quartz glass. However, it should be noted that the said patent and related journal articles do not report any successful attempt to label in the volume of diamond material. In fact, in these opposed materials, it is only mentioned that the energy threshold for causing structural changes in the volume of diamonds is higher than the energy thresholds of most other transparent materials, not less than 100 times.
Лазерное мечение в объеме алмазовLaser marking in the volume of diamonds
Заинтригованный не доведенной до своего логического завершения ситуацией, только что описанной выше, и, видимо, не зная о патенте США 4467172 (выданном Эренуальду и др.), Дж.Б.Эшком (J.В.Ashcom) провел более систематизированные экспериментальные исследования, направленные на мечение в теле образов самородных монокристаллических алмазов типа Ia и IIa лазерными импульсами длительностью несколько фемтосекунд. О своих основных результатах он сообщил в главе 4 своей докторской (доктор философии) диссертации, озаглавленной "The Role of Focusing in the Interaction of Femtosecond Laser Pulses with Transparent Materials" («Роль фокусирования во взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов с прозрачными материалами») (Гарвардский университет, г.Кембридж, шт.Массачусетс, январь 2003 г.). Эшком отметил, что направление последовательности фемтосекундных лазерных импульсов на один и тот же участок в образце алмаза может вызвать оптические повреждения (микроструктуры) в объеме образца, но только при фокусировании лазерных импульсов объективом микроскопа, имеющим числовую апертуру в пределах примерно 0,25-0,45. Эшком, несомненно, преуспел в мечении микроструктур на глубине примерно 40 мкм ниже поверхности образца алмаза, используя лазерные импульсы, переносившие энергию, которая менялась в пределах примерно от 20 до 90 нДж (наноджоулей). Одним из важных моментов его экспериментальных исследований является то, что даже при самом высоком уровне энергии и самом большом числе импульсов, которое он использовал, были случаи, когда в образцах самородного алмаза не было внутренних повреждений. Кроме того, присутствовала статистически значимая составляющая для начала вызванного лазером повреждения от участка к участку одного и того же образца алмаза, а также от образца к образцу. Высказанными как возможная причина этого стохастического поведения были пространственные изменения концентрации примесей, присутствовавших в образцах самородного алмаза. В диссертации другого участника той же группы (Дж.К.Хванг (J.С.Hwang), Гарвардский университет, г.Кембридж, шт.Массачусетс, январь 2003 г.) сообщается также о том, что созданные микроструктуры имели темный и непрозрачный вид, что гипотетически было объяснено присутствием графита и, более вероятно, образованием аморфного углерода внутри каждой микроструктуры. Зная об этих результатах, Эшком пришел к выводу, что успешное мечение в объеме алмазов маловероятно.Intrigued by the situation just described above not brought to its logical conclusion, and apparently not knowing about US patent 4467172 (issued by Ehrenuald et al.), J. B. Ashcom conducted more systematic experimental studies. aimed at labeling in the body of images of native single-crystal diamonds of type Ia and IIa with laser pulses of a few femtosecond duration. He reported on his main results in Chapter 4 of his doctoral (Ph.D.) dissertation entitled "The Role of Focusing in the Interaction of Femtosecond Laser Pulses with Transparent Materials" (Harvard University of Cambridge, Massachusetts, January 2003). Eshkom noted that the direction of a sequence of femtosecond laser pulses to the same section in a diamond sample can cause optical damage (microstructures) in the sample volume, but only when the laser pulses are focused by a microscope objective having a numerical aperture in the range of about 0.25-0. 45. Eshkom undoubtedly succeeded in tagging microstructures at a depth of about 40 μm below the surface of a diamond sample using laser pulses that transferred energy that varied from about 20 to 90 nJ (nanojoules). One of the important points of his experimental studies is that even with the highest energy level and the largest number of pulses that he used, there were cases when there were no internal damage in the samples of native diamond. In addition, there was a statistically significant component for initiating laser damage from site to site of the same diamond sample, and also from sample to sample. Expressed as a possible reason for this stochastic behavior were spatial changes in the concentration of impurities present in samples of native diamond. A dissertation by another member of the same group (J.C. Hwang, Harvard University, Cambridge, Massachusetts, January 2003) also reports that the microstructures created were dark and opaque , which was hypothetically explained by the presence of graphite and, more likely, the formation of amorphous carbon inside each microstructure. Aware of these results, Eshkom concluded that successful labeling in the volume of diamonds is unlikely.
О решающей роли, которую играют примеси и дефекты при создании меток в объеме материала драгоценного камня, более наглядно свидетельствует микрофотоснимок, показанный на фиг.1А. Пять лазерных импульсов длительностью примерно 150 фс были сфокусированы все в одном и том же объеме внутри образца самородного алмаза. Вместо одной метки, отцентрированной на пике профиля интенсивности сфокусированного луча, на фиг.1А показано, что были созданы по меньшей мере три отличных метки, каждая из которых находилась вне объема, в котором записывающий лазерный луч достиг своего самого узкого поперечного размера пятна. Локальный оптический флюенс (интегральная плотность оптического потока) в месте каждого темного пятна, видного на этой фигуре, был затем значительно ниже, чем максимальный флюенс записывающего лазерного луча, но, тем не менее, он был достаточным для инициирования структурных изменений в местах, где в материале присутствовали хорошо локализированные дефекты и примеси. На фиг.1В представлено еще одно свидетельство локализированного характера и случайного распределения естественно существующих дефектов и примесей. На этой фигуре показан микрофотоснимок, сделанный на площади поверхности образца самородного алмаза, по которой жестко сфокусированный фемтосекундный лазерный луч переносился по линейной траектории с постоянной скоростью 1 мм/с. Лазерные импульсы с энергией 50 мкДж подавались с частотой 1 кГц, и след, показанный на этой фигуре, проходит на расстоянии примерно 2 мм. Как видно на этом микрофотоснимке, след, вписанный в объеме этого конкретного образца самородного алмаза, далек от непрерывного, поскольку состоит из мелких темных пятен со случайным распределением вдоль траектории. Поразительной особенностью этого микрофотоснимка является присутствие длинного сегмента следа, находящегося в центральной зоне фигуры, где нет каких-либо темных пятен. С другой стороны, в некоторых местах левой части следа видны плотно упакованные темные пятна. Кроме того, многие из этих пятен находятся либо выше, либо ниже оси траектории, а это означает, что они были образованы в местах, где локальный оптический флюенс луча не был на своем максимальном пиковом уровне.The decisive role played by impurities and defects in creating marks in the volume of the gemstone material is more clearly indicated by the microphotograph shown in Fig. 1A. Five laser pulses with a duration of approximately 150 fs were focused all in the same volume inside a sample of native diamond. Instead of a single mark centered on the peak of the intensity profile of the focused beam, FIG. 1A shows that at least three distinct marks were created, each of which was outside the volume in which the recording laser beam reached its narrowest transverse spot size. The local optical fluence (integrated optical flux density) at the location of each dark spot visible in this figure was then significantly lower than the maximum fluence of the recording laser beam, but, nevertheless, it was sufficient to initiate structural changes in places where The material contained well localized defects and impurities. On figv presents yet another evidence of a localized nature and random distribution of naturally existing defects and impurities. This figure shows a microphotograph taken on the surface area of a native diamond sample, along which a rigidly focused femtosecond laser beam was transferred along a linear path with a constant speed of 1 mm / s. 50 μJ laser pulses were applied at a frequency of 1 kHz, and the trace shown in this figure travels at a distance of about 2 mm. As can be seen in this microphotograph, the trace inscribed in the volume of this particular sample of native diamond is far from continuous, since it consists of small dark spots with a random distribution along the trajectory. A striking feature of this microphotograph is the presence of a long trace segment located in the central zone of the figure, where there are no dark spots. On the other hand, densely packed dark spots are visible in some places on the left side of the track. In addition, many of these spots are either above or below the trajectory axis, which means that they were formed in places where the local optical fluence of the beam was not at its maximum peak level.
Исходя из результатов, представленных на фиг.1А и 1В, можно заключить, что для успешного мечения микроструктур в образцах самородного алмаза важен соответствующий выбор энергии импульса. Например, при избыточной энергии импульса, как это было в случае, показанном на фиг.1А, рядом (и чуть выше) с объемом-мишенью в материале могут образовываться несколько смещенных от центра меток. С другой стороны, обстреливание лазерными импульсами, имеющими недостаточную энергию, может привести к неудаче мечения в объемах, где дефекты предположительно отсутствуют. Исходя из вышеизложенного, можно ожидать, что подходящие пределы энергии импульса могут меняться от участка к участку в одном и том же образце самородного алмаза, чтобы избежать локализированного характера и случайного распределения дефектов, с которых начинается образование микроструктур. Кроме того, энергия импульса оказывает большое влияние на последующий рост вписанных меток. Например, на фиг.1C показан микрофотоснимок, сделанный на площади поверхности образца самородного алмаза, в котором последовательностью пяти лазерных импульсов вписан набор меток. Энергия каждого импульса была в диаметре нескольких мкДж и менялась от участка к участку. Метки, видимые на фиг.1C как черные зоны с контурами неправильной формы, были вписаны в образце самородного алмаза, который был предварительно огранен для придания ему формы куба. Кубическая форма позволяет визуально наблюдать метки с любой плоской боковой стенки образца, тем самым давая точную информацию о распространении микроструктур в направлении, параллельном оси распространения записывающего лазерного луча. На фиг.1C записывающий лазерный луч падал на поверхность образца, находящуюся вверху фигуры, и распространялся параллельно направлению вниз на этой фигуре. В этом конкретном примере протяженность микроструктур в вертикальном направлении при самом высоком уровне энергии, использованном в этих испытаниях, достигает более чем 100 мкм, как показано для обеих меток, находящихся с правой крайней части фигуры. Как результат, обе метки видны как темные пятна диаметром примерно 30 мкм, если смотреть с поверхности падения луча образца.Based on the results presented in figa and 1B, we can conclude that for the successful labeling of microstructures in samples of native diamond, the appropriate choice of pulse energy is important. For example, with excess pulse energy, as was the case shown in FIG. 1A, several off-center marks may form in the material near (and slightly above) the target volume in the material. On the other hand, firing of laser pulses with insufficient energy can lead to failure of tagging in volumes where defects are supposedly absent. Based on the foregoing, it can be expected that suitable pulse energy limits can vary from site to site in the same sample of native diamond, in order to avoid the localized nature and random distribution of defects with which the formation of microstructures begins. In addition, the pulse energy has a great influence on the subsequent growth of inscribed marks. For example, FIG. 1C shows a microphotograph taken on the surface area of a native diamond sample in which a set of marks is inscribed with a sequence of five laser pulses. The energy of each pulse was several microJ in diameter and varied from site to site. The marks visible in FIG. 1C as black zones with irregularly shaped contours were inscribed in a sample of native diamond that was previously faceted to give it a cube shape. The cubic shape allows you to visually observe labels from any flat side wall of the sample, thereby giving accurate information about the distribution of microstructures in a direction parallel to the propagation axis of the recording laser beam. In FIG. 1C, the recording laser beam was incident on the surface of the sample at the top of the figure and propagated parallel to the downward direction of the figure. In this particular example, the length of the microstructures in the vertical direction at the highest energy level used in these tests reaches more than 100 μm, as shown for both marks located on the right extreme part of the figure. As a result, both marks are visible as dark spots with a diameter of approximately 30 μm when viewed from the incidence surface of the sample beam.
Было установлено, что после инициирования структурного изменения с дефекта или примеси в материале алмаза последующим ростом метки можно управлять путем правильного выбора ключевых параметров процесса мечения, таких как энергия импульса, число лазерных импульсов, направленных на каждый участок внутри образца, и характеристики записывающего лазерного луча. Однако сочетание параметров лазера, установленное как подходящее для конкретного участка в материале драгоценного камня, не обязательно является таковым для любого иного участка в том же драгоценном камне, что не позволяет разработать универсальный протокол лазерного мечения. Фактически, любой рабочий протокол лазерного мечения должен включать контроль в реальном масштабе времени роста каждой отдельной метки с тем, чтобы остановить лазерное мечение, как только метка будет иметь необходимые общие размеры. Этот аспект важен для вписывания меток, которые не ухудшают внешний вид и сортировку качества меченых драгоценных камней.It was found that after initiating a structural change with a defect or impurity in the diamond material, the subsequent growth of the mark can be controlled by the correct selection of key parameters of the labeling process, such as pulse energy, the number of laser pulses directed to each region inside the sample, and the characteristics of the recording laser beam. However, the combination of laser parameters, established as suitable for a particular site in the gemstone material, is not necessarily that for any other site in the same gemstone, which does not allow the development of a universal protocol for laser marking. In fact, any working protocol for laser tagging should include real-time monitoring of the growth of each individual label in order to stop the laser labeling as soon as the label has the necessary overall dimensions. This aspect is important for entering labels that do not impair the appearance and grading of the quality of labeled gems.
Принимая во внимание известный уровень техники, отмеченный выше, и различные проблемы и трудности, с которыми сталкиваются при реализации родственных способов лазерного вписывания знаков на поверхности или ниже поверхности драгоценных камней, существует необходимость в способе и системе, которые обеспечили бы надежное, безопасное и управляемое мечение знаков в объеме драгоценных камней, таких как алмазы. Кроме того, существует необходимость в системе, которая учитывает стохастический характер и изменения в процессах мечения, разработанных до настоящего времени, вместе с особыми физическими свойствами самородных алмазов при образовании в них вызываемых лазером микроструктур.Given the prior art noted above and the various problems and difficulties encountered in implementing related laser marking methods on or below the surface of gemstones, there is a need for a method and system that provides reliable, safe and controllable marking marks in the volume of gems such as diamonds. In addition, there is a need for a system that takes into account the stochastic nature and changes in labeling processes developed to date, together with the special physical properties of native diamonds during the formation of microstructures caused by the laser in them.
ЦЕЛИ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECTS OF THE INVENTION
Следовательно, первой целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для вписывания лазером постоянных точечных меток в объеме драгоценных камней, таких как алмазы, на некоторой заданной глубине ниже поверхности таблички и без причинения какого-либо вызванного лазером оптического повреждения на поверхности указанной таблички так, чтобы вписанные метки было невозможно стереть, используя любой вид поверхностной обработки, и одновременно были очень трудными для подделывания злоумышленниками.Therefore, the first objective of the present invention is to provide a method and device for the laser to enter constant point marks in the volume of precious stones, such as diamonds, at a predetermined depth below the surface of the plate and without causing any laser damage to the surface of the plate so that the inscribed marks were impossible to erase using any kind of surface treatment, and at the same time were very difficult for fraudsters to attack.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа лазерного мечения в объеме алмазов, воспользовавшись преимуществом присутствия дефектов и примесей, случайно распределенных в кристаллической решетке самородных алмазов, для того чтобы инициировать управляемый рост точечных меток путем воздействия на алмазы лазерными импульсами длительностью в фентосекундном диапазоне, несущими энергию намного ниже порога энергии для мечения в объеме в остальных отношениях идеального материала алмаза. Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа безопасного мечения в объеме алмазных драгоценных камней наивысшей чистоты, используя лазерную систему, которая подает лазерные импульсы с энергией, достаточно высокой, чтобы вызвать структурные изменения в объеме идеальной кристаллической решетки алмаза.Another objective of the present invention is to provide a method for laser marking in the volume of diamonds, taking advantage of the presence of defects and impurities randomly distributed in the crystal lattice of native diamonds in order to initiate controlled growth of point marks by exposing the diamonds to laser pulses with a duration in the fentosecond range that carry energy much lower than the energy threshold for labeling in volume in other respects the ideal diamond material. Another objective of the present invention is to provide a method for safely labeling the highest purity diamond gemstones using a laser system that delivers laser pulses with energies high enough to cause structural changes in the volume of the ideal diamond crystal lattice.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа и устройства для лазерного мечения в объеме драгоценных камней, таких как алмазы, которые бы обладали достаточной универсальностью, чтобы позволить маркировать драгоценные камни с самой разной прозрачностью и качеством, имеющие различные огранки и общие размеры, и которые в момент, когда они метятся, могут быть либо отдельными, либо вставленными в разные виды оправ.Another objective of the present invention is to provide a method and device for laser marking in the volume of precious stones, such as diamonds, which would have sufficient versatility to allow the marking of precious stones with very different transparency and quality, having different facets and general sizes, and which the moment when they are labeled can be either separate or inserted into different types of frames.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа для вписывания лазером точечных меток в объеме драгоценных камней, причем каждый знак должен быть достаточно мелким, чтобы оставаться не обнаруживаемым при рассматривании с помощью приборов, которыми обычно пользуются сортировщики алмазов, так, чтобы не ухудшить внешний вид, не снизить сортировку и денежную стоимость драгоценного камня, маркированного предлагаемым способом. С другой стороны, еще одной целью настоящего изобретения является разработка размеров и формы меток, чтобы сделать их машинно-считываемыми специальной системой оптического считывания.Another objective of the present invention is to provide a method for inscribing laser point marks in the volume of precious stones, each sign should be small enough to remain undetectable when viewed with instruments that are commonly used by diamond sorters, so as not to impair the appearance, not to reduce the sorting and monetary value of the gem marked with the proposed method. On the other hand, another objective of the present invention is to develop the size and shape of the tags to make them machine-readable by a special optical reading system.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа мечения знаков полностью безопасным образом в объеме драгоценных камней, таких как алмазы, причем этот способ должен обеспечивать должный учет стохастического характера образования вызванных лазером меток в объеме самородных алмазов, имеющих концентрации дефектов и примесей, очень сильно меняющиеся от участка к участку в их объеме.Another objective of the present invention is to provide a method for marking signs in a completely safe manner in the volume of precious stones, such as diamonds, and this method should provide due consideration to the stochastic nature of the formation of laser-induced marks in the volume of native diamonds having concentrations of defects and impurities that vary greatly from plot to plot in their volume.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание простой, недорогой и легкой в пользовании системы оптического считывания, основанной на конструкции обычного оптического микроскопа и способной обеспечивать изображения точечных меток, вписанных в объеме драгоценного камня, причем эти изображения должны обладать достаточной контрастностью, чтобы обеспечить надежное и автоматическое обнаружение всего знака средством обработки изображений.Another objective of the present invention is to provide a simple, inexpensive and easy to use optical reading system based on the design of a conventional optical microscope and capable of providing images of point marks inscribed in the volume of the gemstone, and these images must have sufficient contrast to ensure reliable and automatic detection of the entire sign by image processing means.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа кодирования данных аутентификации в объеме драгоценных камней, таких как алмазы, путем вписывания лазером однозначно определенного знака, состоящего из очень небольшого числа точечных меток, причем эти метки должны достаточно отстоять друг от друга, чтобы внешний вид, сортировка качества и денежная стоимость драгоценных камней при мечении оставались неизменными.Another objective of the present invention is to provide a method for encoding authentication data in the volume of precious stones, such as diamonds, by inscribing with the laser an unambiguously defined sign consisting of a very small number of point marks, and these marks must be sufficiently separated from each other so that the appearance, sorting The qualities and monetary value of the gemstones during labeling remained unchanged.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание драгоценных камней, таких как алмазы, имеющих персонализированный, самосвидетельствующий знак, вписанный в их объеме и сохраняющий их первоначальное качество и денежную стоимость.Another objective of the present invention is the creation of precious stones, such as diamonds, having a personalized, self-certification mark inscribed in their volume and preserving their original quality and monetary value.
Эти и другие цели изобретения станут полнее понятными из приведенных ниже краткого описания изобретения и описания предпочтительного варианта осуществления.These and other objects of the invention will become more fully understood from the following brief description of the invention and description of a preferred embodiment.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Предлагаются способ и устройство для мечения знаков, состоящих из небольшого числа непрозрачных, точечных меток в объеме драгоценных камней, причем этими драгоценными камнями предпочтительно являются алмазы. Составляющие метки знака гравированы предпочтительно на одной глубине ниже поверхности крупной ограненной и полированной грани (фасета) бриллианта, причем этой гранью предпочтительно является табличка бриллианта (называемая также площадкой). Как результат, можно метить драгоценные камни, вставленные в любой вид оправы. Вписывание каждой отдельной метки осуществляется с использованием протокола, конкретно направленного на образование метки необходимого размера путем воздействия на поверхность драгоценного камня наименьшего числа фемтосекундных лазерных импульсов, причем каждый импульс несет энергию, которая обычно намного ниже порога энергии для вызывания постоянных структурных изменений в идеальной кристаллической решетке алмаза. Глубина, на которой вписываются метки, управляется путем фокусирования фемтосекундного лазерного луча. Кроме того, точная фокусировка выбирается для мечения в объеме изделия из драгоценного камня вместе с поддерживанием интегральной плотности оптического потока (флюенса) (энергия на единицу площади) на поверхности изделия намного ниже порога повреждения поверхности материала.A method and device for marking signs consisting of a small number of opaque, dot marks in the volume of precious stones are proposed, moreover, these diamonds are preferably diamonds. The component mark marks are preferably engraved at one depth below the surface of a large faceted and polished facet (facet) of the diamond, and this facet is preferably a diamond plate (also called a pad). As a result, you can mark gems inserted into any type of frame. Each individual label is entered using a protocol specifically aimed at forming a label of the required size by exposing the gemstone surface to the smallest number of femtosecond laser pulses, with each pulse carrying energy that is usually much lower than the energy threshold to cause permanent structural changes in the ideal diamond crystal lattice . The depth at which the marks fit is controlled by focusing the femtosecond laser beam. In addition, precise focusing is selected for labeling in the volume of a gemstone product, while maintaining the integral density of the optical flux (fluence) (energy per unit area) on the surface of the product is much lower than the threshold for damage to the surface of the material.
При этом мечение в объеме возможно без причинения какого-либо непоправимого оптического повреждения наружной поверхности драгоценного камня. Результаты предыдущих экспериментальных исследований, которые сообщили некоторые группы, относительно структурных изменений в объеме алмаза при воздействии последовательности фемтосекундных лазерных импульсов показали, что эти метки обычно состоят из весьма отличной элементарной формы углерода. При этом микроструктуры, созданные в нем, практически непрозрачны для света в видимой области спектра. Поразительно, эти непрозрачные точечные метки можно сделать не обнаруживаемыми невооруженным глазом или при использовании оптического прибора, имеющего 10-кратное увеличение, даже если они вписаны на глубинах лишь несколько микронов ниже поверхности таблички. Достаточно обеспечить жесткое управление вместе с разумным выбором некоторых ключевых параметров процесса мечения, таких как энергия импульса, эффективная числовая апертура фокусирующего объектива, длительность лазерных импульсов и пространственное качество лазерного луча, что добиться точечных меток диаметром, не превышающим нескольких микронов, предпочтительно, менее 5 мкм.In this case, labeling in volume is possible without causing any irreparable optical damage to the outer surface of the gem. The results of previous experimental studies reported by some groups regarding structural changes in diamond volume when exposed to a sequence of femtosecond laser pulses showed that these labels usually consist of a very different elemental form of carbon. Moreover, the microstructures created in it are practically opaque to light in the visible region of the spectrum. Amazingly, these opaque point marks can be made undetectable to the naked eye or by using an optical device having a 10x magnification, even if they are inscribed at depths only a few microns below the surface of the plate. It is enough to provide tight control along with a reasonable selection of some key parameters of the tagging process, such as pulse energy, effective numerical aperture of the focusing lens, laser pulse duration and spatial quality of the laser beam, to achieve point marks with a diameter not exceeding a few microns, preferably less than 5 microns .
Основным аспектом изобретения является то, что непрозрачные точечные метки можно вписывать в объеме бриллианта с использованием фемтосекундных лазерных импульсов, имеющих энергию, намного ниже пороговой энергии, необходимой для вписывания в кристаллической решетке алмаза высочайшего качества, т.е. в кристалле, практически не имеющем дефектов или примесей. При вписывании постоянных меток в объеме бриллианта необходима определенная осторожность, поскольку требуемые интегральные плотности оптического потока могут вызвать повреждения на поверхности изделия до того, как будут вписаны метки в объеме. Воздействия на драгоценный камень высокой ценности лазерными импульсами, имеющими потенциально «опасные» уровни энергии, часто можно избежать, воспользовавшись преимуществом присутствия примесей и дефектов со случайным распределением в объеме самородных алмазов, включая алмазы высочайшего качества. Эти примеси и дефекты различного характера способствуют созданию темных и непрозрачных зон при воздействии на них фемтосекундных лазерных импульсов с энергией, существенно ниже пороговой энергии в остальных отношениях идеального материала. Случайное пространственное распределение этих дефектов и примесей в обычных самородных алмазах обуславливает стохастический характер, наблюдавшийся при предыдущих попытках мечения постоянным и воспроизводимым образом в объеме этих камней. Другим важным аспектом настоящего изобретения является учет пространственно меняющейся концентрации дефектов и примесей в самородных алмазах путем разработки схемы кодирования, в которой идентификационные данные кодируются в относительных положениях небольшого числа меток, которые образуют знак.The main aspect of the invention is that opaque point marks can be entered into the diamond volume using femtosecond laser pulses having an energy much lower than the threshold energy required to enter the highest quality diamond in the crystal lattice, i.e. in a crystal with practically no defects or impurities. When entering constant marks in the diamond volume, some caution is necessary, since the required integrated optical flux densities can cause damage on the surface of the product before the marks in the volume are entered. Exposure to a precious stone of high value by laser pulses having potentially “dangerous” energy levels can often be avoided by taking advantage of the presence of impurities and defects with a random distribution in the volume of native diamonds, including diamonds of the highest quality. These impurities and defects of various nature contribute to the creation of dark and opaque zones when exposed to femtosecond laser pulses with energies significantly lower than the threshold energy in other respects of an ideal material. The random spatial distribution of these defects and impurities in ordinary native diamonds determines the stochastic nature observed in previous attempts at labeling in a constant and reproducible manner in the volume of these stones. Another important aspect of the present invention is to take into account the spatially varying concentration of defects and impurities in native diamonds by developing a coding scheme in which the identification data is encoded at the relative positions of a small number of marks that form the mark.
Несмотря на типичный диаметр точечных меток, который должен быть порядка нескольких микрон, непрозрачность этих меток, когда они образованы в алмазе, позволяет отображать их с подходящей контрастностью с помощью недорогого устройства оптического считывания. Устройство считывания по существу содержит обычный объектив микроскопа с низкой числовой апертурой, который передает увеличенные изображения всего выгравированного знака на плоскость датчика на приборе с зарядовой связью (ПЗС) для съемки изображений. После этого изображения обрабатываются средством обработки для обнаружения нескольких меток, которые образуют знаки, с последующей расшифровкой идентификационных данных, закодированных в знаках. Система подсветки устройства оптического считывания повышает контрастность изображений выгравированных меток, воспользовавшись преимуществом нижних граней (фасет) драгоценного камня, которые действуют, как эффективные отражатели света. Результатом всех вышеупомянутых аспектов, относящихся к устройству оптического считывания, является простота конструкции устройства, легкость его эксплуатации пользователем, который не является ни геммологом, ни микроскопистом, и его низкая себестоимость изготовления, что делает его приемлемым по цене для каждого ювелирного магазина.Despite the typical diameter of point marks, which should be of the order of several microns, the opacity of these marks, when they are formed in diamond, allows them to be displayed with suitable contrast using an inexpensive optical reader. The reader device essentially contains a conventional microscope lens with a low numerical aperture, which transmits enlarged images of the entire engraved sign onto the plane of the sensor on a charge-coupled device (CCD) for capturing images. After that, the images are processed by the processing means to detect several marks that form the characters, followed by decryption of the identification data encoded in the characters. The illumination system of the optical reader increases the contrast of the images of the engraved marks, taking advantage of the lower faces (facets) of the gem, which act as effective light reflectors. The result of all the above aspects related to the optical reader is the simplicity of the design of the device, the ease of use by a user who is neither a gemologist, nor a microscope, and its low manufacturing cost, which makes it affordable for every jewelry store.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Изобретение станет понятнее из приведенного подробного описания предпочтительного варианта изобретения и его чертежей. На этих чертежах:The invention will become clearer from the above detailed description of a preferred embodiment of the invention and its drawings. In these drawings:
фиг.1А, 1В и 1C представляют собой микрофотоснимки, на которых показаны метки, выгравированные в объеме разных образцов алмаза;figa, 1B and 1C are microphotographs showing labels engraved in the volume of different samples of diamond;
на фиг.2 представлена упрощенная блок-схема полной системы мечения и аутентификации драгоценных камней;figure 2 presents a simplified block diagram of a complete system for tagging and authentication of precious stones;
на фиг.3 представлена блок-схема, на которой показаны основные блоки и узлы системы лазерного мечения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;figure 3 presents a block diagram showing the main blocks and components of a laser tagging system in accordance with a preferred embodiment of the present invention;
на фиг.4 представлен схематический вид различных оптических компонентов и комплектующих блоков системы лазерного мечения в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;4 is a schematic view of various optical components and component blocks of a laser tagging system in accordance with a preferred embodiment of the present invention;
фиг.5 представляет собой вид сбоку оптического считывающего устройства, которое предоставляет изображения знака, выгравированного в объеме драгоценного камня, в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;5 is a side view of an optical reader that provides images of a sign engraved in a gemstone volume in accordance with a preferred embodiment of the present invention;
фиг.6 представляет собой вид сбоку алмазного бриллианта, у которого ниже поверхности таблички вписаны две отличные метки;6 is a side view of a diamond, in which two distinct marks are inscribed below the surface of the plate;
фиг.7 представляет собой вид сверху алмазного бриллианта, имеющего круглую бриллиантовую огранку и у которого ниже поверхности таблички и вблизи центра таблички вписаны три отличные метки;Fig. 7 is a top view of a diamond having a round brilliant cut and in which three distinct marks are inscribed below the surface of the plate and near the center of the plate;
на фиг.8 представлена схема, на которой показано фокусирование записывающего лазерного луча в объем драгоценного камня;on Fig presents a diagram showing the focusing of the recording laser beam into the volume of the gem;
на фиг.9 представлен схематический вид знака, состоящего из набора из пяти точечных меток в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 9 is a schematic view of a mark consisting of a set of five point marks in accordance with a preferred embodiment of the present invention;
на фиг.10А и 10В представлена блок-схема последовательности операций, выполняемых системой аутентификации драгоценных камней для вписывания знака в объеме драгоценного камня в соответствии с предлагаемым способом;on figa and 10B presents a block diagram of a sequence of operations performed by the authentication system of precious stones to enter a mark in the volume of the gem in accordance with the proposed method;
фиг.11 представляет собой микрофотоснимок, на котором показан массив из 25 точечных меток, выгравированных в объеме образца самородного алмаза.11 is a microphotograph showing an array of 25 point marks engraved in the volume of a sample of native diamond.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Краткое описание системы аутентификации драгоценных камнейGem Authentication System Brief
Различные цели настоящего изобретения, указанные в разделе «Цели изобретения», относятся к способам и устройствам, которые нашли свое основное применение в системе для аутентификации драгоценных камней посредством знаков, выгравированных в их объеме. На фиг.2 представлена упрощенная блок-схема, на которой показан вариант осуществления системы аутентификации драгоценных камней. Сердцем системы является центральный процессор (ЦП) 20, которым, по существу, является компьютер, управляющий работой нескольких дистанционных устройств, подключенных к нему связевыми каналами передачи данных 24. Основная задача ЦП 20 - управлять запросами на доступ к информации, хранящейся в базе данных 22, а также управлять занесением новых данных в реестр базы данных. Данные, хранящиеся в базе данных 22, состоят, главным образом, из идентификационных учетных записей, связанных с каждым маркированным драгоценным камнем. Запись включает поток цифровых данных, который соответствует идентификационному коду, выгравированному в драгоценном камне, вместе с другой соответствующей информацией, такой как сводка присущих свойств драгоценного камня (т.е. отчет о сортировке), его нынешний владелец, сведения о прежних владельцах, изготовитель драгоценного камня, место добычи, откуда он происходит.The various objectives of the present invention, indicated in the section "Objectives of the invention", relate to methods and devices that have found their main application in the system for authentication of precious stones using signs engraved in their volume. Figure 2 presents a simplified block diagram showing an embodiment of a gemstone authentication system. The heart of the system is the central processing unit (CPU) 20, which, in essence, is a computer that controls the operation of several remote devices connected to it by
Дистанционные устройства, которые составляют часть системы аутентификации драгоценных камней, разбиты на две основные группы. Первая группа включает дистанционные станции лазерного мечения 26, которые действуют под управлением ЦП 20. Для простоты на фиг.2 показаны только две станции мечения 26А и 26В. Однако действительная система аутентификации будет состоять из большего числа станций лазерного мечения, которые могли бы быть удобно распределены по всей географической зоне, подлежащей покрытию. Вторая группа включает дистанционные оптические считывающие устройства 28, которые также действуют под управлением ЦП 20. Показаны только три дистанционных оптических считывающих устройства 28А, 28В и 28С, но на практике эти устройства можно было найти во многих местах, включая магазины розничной продажи ювелирных изделий, главные полицейские управления и агентства по торговле алмазами. Оптические считывающие устройства 28 служат, главным образом, для обнаружения присутствия знака аутентификации, выгравированного в объеме обследуемого драгоценного камня, и затем передачи входных данных (по существу, изображения) в ЦП 20 для правильной идентификации этого драгоценного камня. Каждая дистанционная станция лазерного мечения 26 включает и свое собственное оптическое считывающее устройство 28, предназначенное для регистрации каждого драгоценного камня в базе данных 22 системы аутентификации сразу же после его мечения.Remote devices that form part of the gemstone authentication system are divided into two main groups. The first group includes remote
Описание предпочтительного варианта осуществления станции лазерного меченияDescription of a preferred embodiment of a laser tagging station
Роли, которые играют различные комплектующие блоки предпочтительного варианта осуществления станции лазерного мечения 26, будут понятнее из упрощенной блок-схемы, представленной на фиг.3. Стрелками, начерченными на фиг.3 двойной линией, показан лазерный луч, а стрелками одной линией - электрические соединения, необходимые для различных целей, таких как обмен данными, передача сигналов команд и управления и электропитание некоторых блоков. Каждая дистанционная станция лазерного мечения 26 содержит свой собственный блок управления и процессора 44, который может быть реализован в виде персонального компьютера в конструктивном исполнении для промышленного использования. Блок управления и процессора 44 управляет работой большинства комплектующих блоков станций лазерного мечения 26 либо по командам, вводимым оператором через пользовательский интерфейс 62, либо по командам, выдаваемым системным программным обеспечением ЦП 20 системы аутентификации и передаваемым по внешнему связевому каналу 24.The roles played by the various component blocks of the preferred embodiment of the
Лазерная система 42 создает лазерный луч в виде импульсов ультракороткой длительности, излучаемых в импульсном режиме периодического действия. Для действия предлагаемого способа необходимо, чтобы длительность лазерных импульсов была в фемтосекундном диапазоне. Конкретнее, длительность импульсов не должна превышать нескольких сотен фемтосекунд; предпочтительно, она должна быть менее примерно 100 фс. Показательными примерами фемтосекундных лазерных систем служат те, которые включают твердотельную среду усиления титан-сапфир (Ti:сапфир) с оптической накачкой полупроводниковыми лазерными диодами. Эти лазерные системы излучают лазерные лучи, имеющие длину волны обычно возле инфракрасной области спектра и, в частности, в диапазоне от 750 до 800 нм. Фемтосекундные лазерные системы со средой усиления Ti:сапфир можно реализовать в виде одного генератора колебаний, который выдает лазерные импульсы, несущие энергию в наноджоулевом диапазоне и излучаемые с частотой следования, обычно равной десяткам МГц (мегагерц). Можно, однако, получать лазерные импульсы с энергиями до нескольких мДж путем связывания выхода лазера с регенеративным оптическим усилителем (оптическим усилителем с положительной обратной связью). Одним из преимуществ предлагаемого способа является возможность мечения драгоценных камней лазерными импульсами, имеющими низкие энергии - порядка нескольких десятков нДж, так что при использовании лазерной системы со средой усиления Ti:сапфир использование регенеративного оптического усилителя абсолютно не требуется. Это преимущество дает в результате существенное упрощение аппаратных средств в сочетании с более низкой стоимостью покупки всей лазерной системы. Поскольку эффективность процесса лазерного мечения зависит от пространственного качества записывающего лазерного луча, излучаемого лазерной системой 42, блок очистки и кондиционирования луча 46 может осуществлять пространственную фильтрацию луча. Этот блок служит также для корректировки пространственных характеристик (т.е. расходимость и поперечный размер луча) лазерного луча, чтобы максимально повысить эффективность процесса преобразования частоты, выполняемого блоком преобразования частоты 48. Этот процесс заключается по существу в удвоении частоты оптического центра лазерного луча таким образом, что лазерный луч с первоначальной длиной волны 775 нм может быть преобразован в луч с длиной волны 388 нм. Блок преобразования частоты 48 является факультативным для мечения некоторых материалов драгоценных камней и основан на схемах генерации вторых гармоник, хорошо известных специалистам в данной области. На фиг.3 показано, что лазерный луч с преобразованной частотой затем проходит оптику лазерного мечения 52, которая позволяет жестко фокусировать лазерный луч на некоторой глубине ниже входной поверхности драгоценного камня, закрепленного в узле установки изделия 54. Блок управления и процессора 44 управляет перемещением узла установки изделия 54 с помощью специальных приводов электродвигателя 58 для мечения в разных местах внутри драгоценного камня.The
Пространственные характеристики записывающего лазерного луча предпочтительно контролируются и управляются в реальном масштабе времени блоком управления и процессора 44 с помощью данных и изображения, создаваемых блоком диагностики записывающего луча 50. Блок диагностики записывающего луча 50 необходим для того, чтобы обеспечить легкое обнаружение любого изменения свойств лазерного луча или любого отказа в работе лазерной системы. Оба эти вида событий могли бы пагубно отразиться на процессе мечения или, в наихудшем варианте, причинить непоправимые повреждения драгоценному камню, на который воздействует записывающий лазерный луч. Наконец, одним из аспектов настоящего изобретения является создание протокола лазерного мечения, основанного на контроле в реальном масштабе времени роста точечных меток в объеме драгоценных камней. Этот контроль выполняется с помощью изображений и данных, выдаваемых в реальном масштабе времени блоком контроля процесса 56. Этот блок использует некоторые оптические компоненты оптики лазерного мечения 52 для получения соответствующих световых сигналов из зоны, в которой в данный момент наращивается метка.The spatial characteristics of the recording laser beam are preferably monitored and controlled in real time by the control unit and the
На фиг.4 представлена схема размещения, на которой показано предпочтительное размещение оптических компонентов, которые образуют часть различных блоков, необходимых для работы станции лазерного мечения в соответствии с предлагаемым способом. На этой фигуре жирными сплошными линиями показаны оптические пути лазерных лучей, распространяющихся в этой оптической системе. Небольшая часть лазерного луча 70, излучаемого фемтосекундной лазерной системой 42, передается через светоделительную пластинку 80, а затем попадает на светочувствительную поверхность измерителя оптической мощности 82. Показание с измерителя мощности 82 подается в блок управления и процессора 44 (на этой фигуре не показанный) для обеспечения непрерывного контроля работы лазера 42 путем измерения средней оптической мощности его выходного луча 70. Основная часть лазерного луча 70 отражается расщепителем луча 80 и затем проходит через блок очистки и кондиционирования луча 46. В предпочтительном варианте осуществления блок 46 содержит две собирающие линзы 84 и 86 с соответствующими фокусными расстояниями и ирисовую диафрагму 88 и механический затвор 90, открытием которого дистанционно управляет блок управления и процессора 44. В фокальной плоскости линзы 84 помещена ирисовая диафрагма 88, предназначенная для обеспечения действия пространственной фильтрации, управляемого диаметром апертуры. Механический затвор 90 обеспечивает передачу последовательности импульсов ограниченной длительности, которая включает заданное число лазерных импульсов, причем это число определяется конкретным протоколом лазерного мечения, выполняемым в данный момент.Figure 4 presents the layout, which shows the preferred placement of the optical components that form part of the various blocks necessary for the operation of the laser marking station in accordance with the proposed method. In this figure, bold solid lines show the optical paths of the laser beams propagating in this optical system. A small portion of the
Затем пространственно отфильтрованная последовательность лазерных импульсов 72 отражается плоским зеркалом 92 с высокой отражательной способностью на входную апертуру блока преобразования частоты 48.Then the spatially filtered sequence of
Преобразование частоты основано на генерации вторых гармоник, которая происходит в некоторых оптических кристаллах без симметрии инверсии, таких как бетаборат бария, триборат лития, титанилфосфат калия или первичный кислый фосфат калия. Затем энергия импульса лазерного луча 74 с преобразованной частотой задается заданной величины сигналом из блока управления и процессора 44, который подается в регулируемый оптический аттенюатор 94. Этот аттенюатор можно построить, например, в виде пластинки полуволнового замедлителя, установленного на стадии вращения, за которой следует поляризующий куб расщепителя луча. Это конструктивное исполнение хорошо известно специалистам в данной области. Для правильной работы регулируемого оптического аттенюатора 94, выполненного таким образом, необходимо, чтобы входной лазерный луч 74 был линейно поляризованным.Frequency conversion is based on the generation of second harmonics, which occurs in some optical crystals without inversion symmetry, such as barium betaborate, lithium triborate, potassium titanyl phosphate or potassium primary acid phosphate. Then, the pulse energy of the
После этого лазерный луч, имеющий необходимую энергию, отражается плоским зеркалом 96 с высокой отражательной способностью на расширитель луча 98. На фиг.4 показан расширитель луча Галилея, который состоит из входной рассеивающей (отрицательной) линзы 100 и выходной собирающей линзы 102. Фокусные расстояния линз 100 и 102 выбраны такими, чтобы поперечный размер лазерного луча 76 был достаточно увеличен для заполнения входного зрачка фокусирующего объектива 118 без чрезмерного отсечения по границам. Адекватное заполнение входного зрачка позволяет фокусирующему объективу 118 работать при его полной числовой апертуре. Основная часть поперечно расширенного лазерного луча 78 проходит через пластинку расщепителя луча 104 и затем отражается дихроичной пластинкой расщепителя луча 116 на входной зрачок фокусирующего объектива 118. Следует отметить, что расширитель луча 98 и фокусирующий объектив 118 являются двумя основными элементами оптики лазерного мечения 52, показанной на блок-схеме на фиг.3.After that, the laser beam having the necessary energy is reflected by a high reflectivity
Расстояние между входной апертурой фокусирующего объектива 118 и входной поверхностью драгоценного камня 120, подлежащего мечению, регулируется, пока плоскость наилучшего фокуса сфокусированного лазерного луча не окажется на необходимой глубине в объеме драгоценного камня 120. Драгоценный камень 120 закреплен в узле установки изделия 54, который предпочтительно содержит держатель 122, подогнанный под размер и форму драгоценного камня, причем держатель 122 установлен на стеке из трех оснащенных электроприводами столиков линейного перемещения 124А, 124В и 124С. Два из этих столиков перемещения перемещают драгоценный камень в поперечных направлениях Х и У, а третий поперечный столик перемещает драгоценный камень в направлении Z, параллельном оптической оси, чтобы точно отрегулировать расстояние между фокусирующим объективом 118 и входной поверхностью драгоценного камня 120. Столики линейного перемещения 124А, 124В и 124С управляются блоком управления и процессора 44 станции лазерного мечения с помощью приводов электродвигателей 58, как показано на фиг.3.The distance between the input aperture of the focusing
На фиг.4 показано, что часть поперечно расширенного лазерного луча 78 отражается пластинкой расщепителя луча 104 на блок диагностики записывающего луча 50. В предпочтительном варианте осуществления этот блок содержит три оптических канала, каждый из которых используется для контроля конкретной характеристики записывающего лазерного луча 78. Первый канал включает камеру 110 на ПЗС, которая снимает изображения поперечного распределения интенсивности луча в плоскости датчика камеры, а второй канал включает счетчик лазерных импульсов 112. Наконец, третий оптический канал измеряет усредненную по времени энергию импульса путем преобразования показания измерителя оптической мощности 114, учитывая коэффициенты отражения и пропускания разных пластинок расщепителей луча, находящихся на пути лазерного луча. Пластинки расщепителей луча 106 и 108 служат для направления частей записывающего лазерного луча 78 в разные оптические каналы блока диагностики записывающего луча 50.Figure 4 shows that part of the transversely expanded
Кроме того, фиг.4 иллюстрирует предпочтительный вариант осуществления блока контроля процесса 56. Путь света, который регистрируется этим блоком, на фиг.4 показан точечными линиями. Используя оптические приборы, такие как камера 128 на приборах с зарядовой связью и светосильный фотодетектор 132, этот блок служит для анализа изображений и световых сигналов из конкретной зоны, которая в данный момент метится в объеме драгоценного камня 120. Например, изображения в реальном масштабе времени этой зоны могут сниматься камерой 128 на приборах с зарядовой связью. При таком решении фокусирующий объектив 118 является составной частью объектива камеры, который передает увеличенное изображение соответствующей зоны на плоскость датчика на ПЗС камеры 128. Изображения с адекватной контрастностью можно получить при соответствующей подсветке драгоценного камня осветительным устройством 134 в процессе мечения. Кроме того, для регистрации учащенных импульсов света (излучение плазмы), которые создаются, когда материал алмаза подвергается локальным структурным изменениям, вызванным взаимодействием материала с интенсивными сверхскоростными импульсами записывающего лазерного луча, можно использовать светосильный фотодетектор 132. Полосовой оптический фильтр 130, помещенный поперек пути луча света, направленного на светосильный фотодетектор 132, обеспечивает спектрально избирательное обнаружение света, излучаемого, когда начинаются внутренние структурные изменения. Пластинка расщепителя луча 126 направляет части света в два оптических канала, предусмотренных в показанном варианте осуществления, для блока контроля процесса 56.In addition, FIG. 4 illustrates a preferred embodiment of a
В пределах сути настоящего изобретения возможны различные изменения описанной выше конструкции устройства лазерного мечения. Например, блок преобразования частоты 48 является факультативным для мечения в объеме драгоценных камней, но в некоторых случаях дополнительное управление ростом точечных меток обеспечивает записывающий лазерный луч с меньшей длиной волны. Кроме того, пространственная фильтрация блоком очистки и кондиционирования луча 46 не требуется, если лазерный луч 70 на выходе фемтосекундной лазерной системы 42 имеет удовлетворительное пространственное качество. Оптическую систему, показанную на фиг.4, можно изменить, чтобы избежать использования плоских зеркал 92 и 96, хотя эти зеркала используются для точной регулировки положения луча. Наконец, несколько линз, присутствующих в оптической системе, показанной на фиг.4, включая фокусирующий объектив 118, можно было заменить сферическими зеркалами.Within the scope of the present invention, various modifications of the above-described laser tagging device design are possible. For example, a
Описание предпочтительного варианта осуществления оптического считывающего устройстваDescription of a preferred embodiment of an optical reader
Фиг.5 представляет собой вид сбоку предпочтительного варианта осуществления оптического считывающего устройства 28, которое образует часть полной системы аутентификации драгоценных камней, показанной на фиг.2. Конструкция оптического считывающего устройства 28 представляет собой относительно широко раскрытый формирователь изображения, в котором знак, выгравированный в объеме драгоценного камня 120, отображается на матричный датчик камеры на ПЗС 166. Как следствие, нет растрового сканирования зондирующего лазерного луча по поверхности драгоценного камня 120. Микропроцессор 186 принимает сигналы данных изображения из камеры на ПЗС 166 и затем обрабатывает файлы данных изображения, после чего направляет их на центральный процессор 20 системы аутентификации по связевому каналу передачи данных 24. Знак, выгравированный в объеме драгоценного камня 120, отображается с адекватным поперечным увеличением на матричном датчике камеры на ПЗС 166, состоящей по существу из объектива 162 микроскопа, установленного на удлинительном тубусе 164. Объективом 162 микроскопа предпочтительно является стандартный серийный объектив, предназначенный для использования с тубусом длиной 160 мм. Точная длина удлинительного тубуса 164 подбирается соответственно. Было установлено, что увеличенные изображения знаков, имеющих удобные общие размеры, хорошо подходят к размеру матричных датчиков на ПЗС при выборе объектива 162 микроскопа, обеспечивающего увеличение в диапазоне 10х - 20х. Этот диапазон обеспечивает удовлетворительное поперечное разрешение, а также удобное рабочее расстояние.FIG. 5 is a side view of a preferred embodiment of an
Изображения с адекватной контрастностью можно получать из камеры на ПЗС 166, используя схему подсветки отраженным светом, которая обеспечивает светлопольное освещение меток, выгравированных в объеме драгоценного камня 120. Подсветка отраженным светом означает, в основном, что свет подсветки падает на образец (в данном случае, драгоценный камень 120) с верхней входной поверхности (в данном случае, с таблички драгоценного камня). Фактически, схема подсветки отраженным светом была необходима, чтобы позволить оптическому считывающему устройству 28 работать даже с камнями, вставленными в оправу, для которых свет подсветки, падающий снизу образца, исключен. Подсветку снизу не позволяют осуществлять и некоторые специфические формы драгоценных камней. Одним из аспектов схемы подсветки отраженным светом, предусмотренной для этого предпочтительного варианта осуществления оптического считывающего устройства 28, является кольцевая форма луча подсветки, когда он падает на табличку драгоценного камня 120. Этот луч света показан на фиг.5 стрелками 182. Диаметр кольца подсветки в плоскости таблички выбран достаточно широким, чтобы избежать любой прямой подсветки знака, когда последний находится в центральной зоне поля зрения оптического считывающего устройства. После вхождения в драгоценный камень 120 свет подсветки распространяется вниз и затем внутренне отражается вверх в разных направлениях ограненными и полированными гранями (фасетами), находящимися на нижней части (павильоне) драгоценного камня 120. При этом точечные метки, образующие знак, подсвечиваются снизу, обычно появляясь на изображениях как темные черные пятна на ярком фоне. Кольцеобразная головка 180 устройства подсветки, внутренний диаметр которой соответствует объективу 162 микроскопа, подает луч света подсветки 182 с кольцевой поперечной формой. Кольцеобразные головки устройства подсветки изготавливаются разных размеров многими поставщиками оборудования для систем визуализации изображений и машинного зрения.Images with adequate contrast can be obtained from the camera on the
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.5, свет подсветки создается широкополосным волоконно-оптическим устройством подсветки 176, а гибкий волоконно-оптический световод 178, сопряженный с выходной апертурой устройства подсветки, передает свет подсветки в кольцеобразную головку 180 устройства подсветки. Устройство подсветки 176, волоконно-оптический световод 178 и кольцеобразная головка 180 устройства подсветки вместе образуют полный блок подсветки 174. Воспользовавшись преимуществом схемы подсветки отраженным светом, показанной на фиг.5, контрастность изображений можно дополнительно увеличить, используя средства предотвращения попадания частей луча подсветки 182 в зону входной поверхности драгоценного камня, которая лежит непосредственно над выгравированным знаком. С этой целью с нижним концом объектива 162 микроскопа сопряжен конический световой экран 184, предназначенный для блокирования любого света подсветки 182, который иначе бы попал в центральную часть входной поверхности драгоценного камня. Апертура на нижнем конце конического светового экрана 184 настроена достаточно широко, чтобы объектив 162 микроскопа мог работать при своей номинальной числовой апертуре.In the preferred embodiment shown in FIG. 5, the backlight is generated by the broadband fiber
Драгоценный камень 120, подлежащий обследованию оптическим считывающим устройством 28, закреплен в держателе 168, установленном на опорном основании 170. Держатель 168 можно выполнить так, чтобы он обеспечивал точное позиционирование драгоценного камня 120, при котором знак, выгравированный в центральной зоне таблички, появлялся почти в центре поля зрения оптического считывающего устройства 28. Для центрирования драгоценного камня в держателе 168 можно предусмотреть отдельный прибор (на этой фигуре не показанный), используя, например, увеличитель малого увеличения, содержащий градуированную окулярную сетку, два столика ручного микрометрического перемещения и плиту основания. После того как драгоценный камень правильно отцентрирован на окулярной сетке увеличителя, увеличитель убирают, а остальной узел передвигают на опорное основание 170, пока он не упрется в три отдельных контрольных упора 172, из которых на фиг.5 показан только один. Затем держатель можно прочно закрепить в правильном положении быстросъемным зажимом 188. Наконец, как часть операции установки драгоценного камня 120 в держателе 168, плоскость таблички драгоценного камня выставляется в одной плоскости с контрольной горизонтальной поверхностью узла держателя. Эта стадия необходима, чтобы обеспечить, что вертикальное положение драгоценного камня точно откорректировано, чтобы легко ввести изображения выгравированного знака в фокус.The
В держателе 168, таком как конкретный держатель, показанный на фиг.5, можно крепить только отдельные, не вставленные в оправу драгоценные камни. Однако специалист в данной области может легко внести изменения в некоторые части держателя, чтобы можно было считывать знаки, выгравированные в драгоценных камнях в оправе, таких как драгоценные камни, вставленные в кольца, серьги, подвески, кулоны, болтающиеся части сережек и браслеты. При этом оптическое считывающее устройство 28 обычно используется с набором держателей 168, подходящих для драгоценных камней, вставленных в разные оправы.In a
Узел оптического считывающего устройства 28 может помещаться в корпус самыми разными путями. Например, все компоненты, показанные на фиг.5, в том числе микропроцессор 186 и связанную электронику, можно поместить в один защитный корпус или шкаф. Предпочтительно, шкаф должен иметь приятный внешний вид, подходящий для окружения, такого как прилавок магазинов розничной торговли ювелирными изделиями. Отверстие в дверце, выполненное на лицевой боковой стенке шкафа, позволяет оператору вставлять держатель 168 драгоценного камня в узел, чтобы установить драгоценный камень 120 точно совмещенным с оптической осью оптического считывающего устройства. В лицевой боковой стенке шкафа находится пользовательский интерфейс, состоящий из жидкокристаллического дисплея и панели управления. Кроме того, узел оптического считывающего устройства 28 можно упаковать в виде ручной дистанционной зондирующей головки, подключенной к блоку управления и интерфейса. Это ручное устройство содержит объектив 162 микроскопа, удлинительный тубус 163, камеру на ПЗС 166 и полное устройство подсветки 174, все из которых выпускаются малогабаритными, чтобы их можно было упаковывать в удобное устройство, которое можно держать рукой. Например, устройство подсветки 174 можно выполнить в виде компактного кольцеобразного осветителя, в котором свет создается матрицей твердотельных светодиодов. Кроме того, специальный объектив 162 микроскопа можно разработать таким, чтобы он отображал предмет в плоскости ближе, чем вышеупомянутое стандартное расстояние 160 мм. Ручное конструктивное исполнение обладает тем преимуществом, что не требуется использование держателя 168 драгоценного камня и связанных с ним деталей 170, 172 и 188, поскольку драгоценный камень 120 просто приводится в контакт с передним концом зондирующей головки. С этой целью передний конец содержит плоскую пластинку, изготовленную из твердого прозрачного материала, на которую с плотным контактом укладывается табличка драгоценного камня. Плоская пластинка служит для размещения таблички драгоценного камня на правильном рабочем расстоянии от переднего конца объектива микроскопа. Юстировочные метки, выгравированные на плоской пластинке, помогают отцентрировать драгоценный камень относительно оптической оси считывающего устройства. В этом варианте осуществления зондирующая головка держится в одной руке, а драгоценный камень 120 в другой руке - либо пинцетом в случае отдельного камня, либо за оправы вставленных в оправы драгоценных камней.The
Вписывание меток в объеме драгоценных камнейLabeling in gem volume
Фиг.6 представляет собой вид сбоку драгоценного камня 120, в объеме которого выгравированы две отличные точечные метки, обозначенные одинаковой позицией 148. В частности, на фиг.6 показан алмаз, имеющий круглую бриллиантовую огранку. Табличкой этого алмазного драгоценного камня является верхняя горизонтальная плоская поверхность 140, на которую при мечении падает записывающий лазерный луч. Алмаз, имеющий круглую бриллиантовую огранку, имеет также корону 142 и павильон 146; обе эти части состоят из нескольких граней (фасет), на этой фигуре не показанных. Рундист 144 - это периферийный поясок, отделяющий корону 142 от павильона 146.Fig.6 is a side view of the
Одним из важных аспектов предлагаемого способа является мечение точечных меток, имеющих регулируемый размер, в объеме драгоценного камня, такого как алмаз. Понятно, что при мечении в объеме поверхность падения (т.е. табличка) драгоценного камня, а также часть объема материала драгоценного камня, находящаяся вдоль внутренней траектории записывающего лазерного луча, ни в коем случае не должны изменяться. Иными словами, вызываемые лазером структурные изменения, которые приводят к образованию постоянных меток, должны начинаться только в тонком слое, находящемся на глубине d ниже таблички 140 драгоценного камня, как показано на фиг.6. Толщина этого воображаемого тонкого слоя определяется общей точностью процесса при мечении на номинальной глубине d ниже таблички 140. Для упрощения обычно желательно, чтобы все метки 148 лежали на одной глубине, поскольку это помогает добиться того, что весь набор меток находился в точном фокусе в изображениях, снимаемых оптическим считывающим устройством 28. Метки 148 распределены в тонком слое в соответствии с рисунком, который зависит от символики (схемы кодирования), выбранной для кодирования данных аутентификации, а также от конкретного идентификационного кода, приписанному данному драгоценному камню. Например, фиг.7 представляет собой вид сверху алмазного бриллианта, имеющего круглую бриллиантовую огранку, на котором показаны три отличные метки 148, образующие знак. Прямоугольник 150, нарисованный пунктирными линиями (с короткими пунктирами), ограничивает наружный контур поля зрения в предметной плоскости оптического считывающего устройства 28, выполненного в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Для этого варианта осуществления, показанного на фиг.5, необходимо, чтобы мечение знака выполнялось в центральной зоне таблички 140.One important aspect of the proposed method is the labeling of point marks having an adjustable size in the volume of a gem, such as diamond. It is clear that when marking in volume, the surface of the fall (i.e. plate) of the gemstone, as well as part of the volume of the gemstone material located along the internal path of the recording laser beam, should in no case be changed. In other words, laser-induced structural changes that result in the formation of permanent marks should only begin in a thin layer at a depth d below the
В другом варианте осуществления предлагаемого способа метки могли бы в пределах сути настоящего изобретения вписываться на разных глубинах драгоценного камня 120, приводя, таким образом, к вписыванию трехмерных знаков. По сравнению с их двухмерными аналогами трехмерные знаки обладают преимуществом большей скрытности, поскольку составляющие знак метки нельзя одновременно привести в фокус, если рассматривать их через оптический прибор, глубина резкости пространственного изображения которых короче, чем диапазон глубин, в котором выгравированы составляющие знак метки. С другой стороны, большая трудность обнаружения трехмерных знаков означает, что конструкцию оптического считывающего устройства 28, схематически показанного на фиг.5, необходимо модернизировать, чтобы можно было отображать плоскости, находящиеся на разных глубинах в объеме драгоценного камня. Такую модернизацию можно было бы осуществить, например, посредством управляемого вертикального перемещения держателя 168. При этом изображения последовательно записывались бы камерой на ПЗС 166 во время вертикального перемещения драгоценного камня 120. Весь знак можно было бы затем восстановить путем объединения подмножества изображений, в которых каждая отдельная метка приведена в резкий фокус, при поддерживании их относительных положений неизменными. Полученное в результате составное изображение можно было бы затем направить в ЦП 20 для последующей расшифровки знака. Этот дополнительный вариант осуществления оптического считывающего устройства 28 обладает тем преимуществом, что устраняется необходимость вписывания меток на очень точных глубинах в объеме драгоценного камня 120.In another embodiment of the proposed method, marks could fit within different depths of the
На фиг.6 и 7 относительные размеры меток 148 показаны очень увеличенными, поскольку на практике они должны оставаться не обнаруживаемыми, если смотреть на табличку невооруженным глазом или через оптический прибор, имеющий 10-кратное увеличение. Очень нужно даже, чтобы метки было трудно обнаружить при рассматривании без какой-либо предварительной поисковой точки через бинокулярные микроскопы, используемые в настоящее время в геммологии. Собственная непрозрачность составляющего материала выгравированных меток 148 особенно усложняет выполнение их скрытными, если будут использоваться вышеупомянутые визуальные средства. Ключ к скрытности меток - выполнить такую операцию лазерного мечения, которая делает возможным подповерхностное вписывание меток, имеющих общие индивидуальные размеры, не превышающие примерно 5 мкм, предпочтительно, менее 2 мкм.6 and 7, the relative sizes of the
Управление фокусированием записывающего лазерного луча в драгоценный каменьGemstone recording laser beam focus control
Один из важных аспектов вписывания лазером точечных меток диаметром лишь несколько микрон относится к фокусированию записывающего лазерного луча в объем драгоценного камня 120. Фокусирование записывающего лазерного луча в объем драгоценного камня 120 схематически показано на фиг.8. Стрелками 152 показан общий наружный контур распределения оптической интенсивности записывающего (поперечно расширенного) лазерного луча 78 (см. фиг.4), который распространяется вдоль оптической оси 156 и попадает во входной зрачок фокусирующего объектива 118. Стрелками 154 показан наружный контур записывающего лазерного луча, выходящего из объектива 118, жестко сфокусированного на объеме, находящемся на глубине d ниже таблички 140 драгоценного камня 120.One important aspect of inscribing a laser dot mark with a diameter of only a few microns relates to focusing the recording laser beam into the volume of the
Чтобы добиться необходимых характеристик луча в объеме драгоценного камня 120, необходимо тщательно выбирать числовую апертуру объектива 118, которая является показателем углового расхождения луча, выходящего из этого оптического компонента. С одной стороны, при увеличении числовой апертуры объектива диаметр WF профиля интенсивности лазерного луча в плоскости наилучшего фокуса становится меньше. Эта тенденция наблюдается в режиме, в котором сфокусированный лазерный луч 154 не сильно искажен сферическими аберрациями, возникающими при его распространении через различные оптические элементы объектива 118. Кроме того, увеличение числовой апертуры объектива помогает уменьшить риск нанесения вызываемых лазером оптических повреждений поверхности таблички 140. Это является результатом диаметра WS распределения интенсивности луча в плоскости таблички 140, который можно сделать значительно больше, чем соответствующий диаметр WF профиля интенсивности луча в плоскости наилучшего фокуса. В результате интегральная плотность оптического потока (флюенса) (энергия на единицу площади) в плоскости таблички 140 может быть намного ниже флюенса, необходимого для инициирования развития точечной метки 148.In order to achieve the necessary beam characteristics in the volume of the
С другой стороны, использование объектива 118 с более высокой числовой апертурой приводит к меньшему (и, возможно, неудобному) рабочему расстоянию S, показанному на фиг.8, а сфокусированный лазерный луч может значительно ухудшиться любой остаточной оптической шероховатостью, присутствующей на полированной поверхности таблички 140. Кроме того, при оценке минимального поперечного размера WF луча в плоскости наилучшего фокуса необходимо учитывать влияния сферических аберраций, вызываемых прохождением записывающего лазерного луча в объективе 118. Практическим решением для фокусирования является объектив 118, имеющий фокусное расстояние в пределах 5-10 мм и числовую апертуру 0,35-0,55. Из-за очень жесткого фокусирования записывающего лазерного луча, для того чтобы получить плоскость наилучшего фокуса на требуемой глубине d ниже таблички 140 вместе с требуемым размером пятна луча WF в этой плоскости, необходимо выполнить расчеты для построения хода луча, должным образом учитывающие точную оптическую конструкцию фокусирующего объектива 118. Глубина d предпочтительно задается в пределах примерно от 200 до 700 мкм. Вписывание меток на большей глубине ниже поверхности таблички 140 обеспечивает большую скрытность меток. С другой стороны, больший путь распространения записывающего лазерного луча в материал драгоценного камня повышает вероятность возмущения луча природными включениями и другими видами неоднородностей, присутствующими в материале.On the other hand, the use of a
Описание предпочтительного варианта осуществления схемы кодированияDescription of a preferred embodiment of a coding scheme
Выше подробно рассмотрены некоторые аспекты способа гравирования точечных меток, имеющих общий размер предпочтительно примерно 1 мкм, в объеме драгоценных камней с целью сделать каждую отдельную метку почти незаметной при использовании визуальных средств, обычно применяемых в данной области. К сожалению, нетрудно понять, что если знак состоит из чрезмерно большого числа непрозрачных точечных меток, распределенных на площади ограниченного размера, он может стать легковидимым. Соответственно, еще одним важным аспектом настоящего изобретения является способ кодирования машинно-считываемой идентификационной информации в знаках, образованных лишь из небольшого числа отдельных меток.Above, some aspects of the method of engraving point marks having a total size of preferably about 1 μm in the gemstone volume are described in detail with the aim of making each individual mark almost invisible using visual means commonly used in the art. Unfortunately, it is easy to understand that if a mark consists of an excessively large number of opaque point marks distributed over a limited area, it can become easily visible. Accordingly, another important aspect of the present invention is a method for encoding machine-readable identification information in characters formed from only a small number of individual tags.
На фиг.9 представлен схематический вид знака 198, выполненного по предпочтительной предлагаемой схеме кодирования. Знак 198 содержит пять меток, которые в соответствии с их конкретными ролями в схеме кодирования можно разбить на две группы. Так, первая группа меток, обозначенных позициями 200А, 200В и 200С, образуют углы геометрической фигуры, назначение которой - позволить точно распознать знак 198 компьютерным программным обеспечением, которое обрабатывает изображения, передаваемые предлагаемым оптическим считывающим устройством 28. Конкретной геометрической фигурой, показанной на фиг.9, является треугольник, стороны которого начерчены пунктирными линиями. Путем включения в первую группу дополнительных меток можно построить и другие геометрические фигуры в пределах сути предпочтительной схемы кодирования в соответствии с настоящим изобретением. Вторая группа включает две метки, обозначенные позициями 292А и 202В. Эти метки служат исключительно для кодирования идентификационных данных. Дополнительные метки можно включить и во вторую группу. В предпочтительной схеме кодирования числовые данные, которые однозначно идентифицируют драгоценный камень, кодируются по положениям точек 202А и 202 В. Эти положения выражаются парами пространственных координат (Х1, Y1) и (Х2, Y2) соответственно. Для кодирования идентификационных данных с целью увеличения числа разных комбинаций, допускаемых схемой кодирования, служат некоторые конкретные атрибуты треугольника, показанного пунктирной линией. В примере, показанном на фиг.9, для создания полного идентификационного кода, приписанного драгоценному камню, к упомянутым выше парам пространственных координат прибавляются значения двух внутренних углов α и β. Полный числовой идентификационный код, полученный из этого знака 198, можно выразить потоком данных (X1, Y1, X2, Y2, α, β), состоящим из шести элементов. Для увеличения числа отличных идентификационных кодов этот поток данных можно удлинить включением пространственных координат, связанных с дополнительными кодирующими метками.Figure 9 presents a schematic view of the
На первый взгляд, присутствие кодирующих меток 202А и 202В не позволит выполнить надежное машинное распознание знака 198, поскольку по пяти меткам, показанным на этой фигуре, можно построить большое число разных треугольников. Программное обеспечение распознавания может избавить от этой потенциальной трудности. Для этого ему нужно просто дать команду учитывать треугольник, имеющий самую длинную сторону - в данном случае, сторону 208 длиной L, как показано на фиг.9. Это означает, что все равносторонние треугольники из предпочтительной схемы кодирования исключены. Исключение равносторонних треугольников дает также схему распознавания, инвариантную при вращении знака 198 на изображениях, полученных из оптического считывающего устройства 28. Вращательно-инвариантное распознавание знака 198 важно, поскольку метка 200С, которая образует левый конец самой большей стороны 208 треугольника, определяет и начало координат прямоугольной X-Y системы координат, в которой определяются положения кодирующих меток 202А и 202В. Прямоугольная X-Y система координат, связанная со знаком 198, показана на фиг.9 осью Х 204 и осью Y 206. Привязка пространственных координат точек 202А и 202В к положению точки 200С обеспечивает, что и процесс декодирования является инвариантным при перемещении знака. Это преимущественное свойство подразумевает, что знак 198 не требуется располагать в конкретном месте на поверхности таблички драгоценного камня. Кроме того, знак не нужно точно центрировать в выходном сигнале изображений с оптического считывающего устройства 28.At first glance, the presence of
Декодирование идентификационного кода, зашифрованного в знаке 198, делается инвариантным при масштабировании путем выражения пространственных координат кодирующих меток 202А и 202В относительно длины L самой большой стороны 208 треугольника. При этом отдельные пространственные координаты X1, Y1, X2 и Y2 даются значениями, внутренне ограниченными интервалом от 0 до 1. Осуществление процесса распознавания, являющегося инвариантным при масштабировании изображений, оказывается очень эффективным, если эти изображения снимаются различными оптическими считывающими устройствами 28, оснащенными объективами 162 микроскопа, которые не обязательно дают одинаковое увеличение. Кроме того, точная физическая длина L стороны 208 не влияет на распознавание знака и его последующее декодирование. На практике длина наибольшей стороны 208 треугольника выбирается так, чтобы весь знак 198 мог всегда полностью заключаться в поле зрения на предметной плоскости оптического считывающего устройства 28 независимо от того, как знак повернут относительно контура поля зрения. Однако в некоторых случаях общие размеры знака должны выдерживаться относительно мелкими, поскольку крайне предпочтительно, чтобы вся зона, ограниченная наружным контуром знака, не имела какого-либо природного включения, которое могло бы обнаруживаться в изображениях, снятых оптическим считывающим устройством 28. Отсутствие в знаке какого-либо включения особенно важно в случаях, когда эти включения могут очень напоминать выгравированные метки. При этом отпадает необходимость в фильтрации их с изображений программным обеспечением распознавания перед началом распознавания знака.The decoding of the identification code encoded in
В другом варианте осуществления оптического считывающего устройства 28 увеличение объектива 162 микроскопа можно было бы точно откалибровать, чтобы можно было точно измерять фактическую длину L самой большой стороны 208 треугольника, которая служит для распознания знака 198. Измеренное значение L можно затем включить как седьмой элемент в потоке данных (X1, Y1, Х2, Y2, α, β), который является числовым представлением идентификационного кода, зашифрованного в знаке 198. Добавление измеренного значения L как части идентификационных кодов дает в результате значительное увеличение числа отличных комбинаций, допускаемых схемой кодирования.In another embodiment of the
В предпочтительной схеме кодирования метки 202А и 202В всегда находятся внутри треугольника, ограничивающего знак 198, так что диапазон допустимых значений для их пространственных координат охватывает лишь ограниченную часть максимального интервала, охватывающего значения от 0 до 1. Интервал изменения для каждой отдельной координаты X1, Y1, Х2 или Y2 в примере, представленном на фиг.9, зависит, фактически, от предварительного выбора пары углов α и β, которые определяют конкретную форму треугольника. Кроме того, во избежание какой-либо путаницы между идентификационными кодами, отличающимися только значением одной координаты, для любой данной координаты допускаются только дискретные значения. На практике шаг приращения между двумя последовательными значениями, допускаемый пространственной координатой, диктуется общим разрешением схемы оптического считывания. Это разрешение зависит от ряда факторов, таких как собственный размер каждой вписанной метки, разрешение по плоскости (или разрешающая способность) объектива 162 микроскопа оптического считывающего устройства 28, размеры чувствительных фотоэлементов матричного датчика камеры на ПЗС 166 и возможность получения изображения меток в резком фокусе. Например, чтобы обеспечить, чтобы две соседние метки, разделенные шагом приращения, были всегда четко различимы на изображениях, передаваемых оптическим считывающим устройством, для разрешенных пространственных координат меток, имеющих диаметр 1 мкм, можно было задать шаг приращения примерно 4 мкм. Это означает, что если бы треугольник, ограничивающий знак 198, имел самую большую сторону, скажем, L=300 мкм, координата Х кодирующих меток могла бы принимать максимум 75 разных значений. В приведенном выше примере число допустимых значений для каждой координаты на самом деле будет значительно ниже 75, поскольку верхние границы интервалов, в которых могут меняться координаты, определяются двумя другими сторонами треугольника. Это особенно очевидно для координат Y1 и Y2, относящихся к вертикальным положениям кодирующих меток 202А и 202В на фиг.9.In the preferred coding scheme, labels 202A and 202B are always inside the triangle bounding the
Способ лазерного мечения в драгоценных камнях с извлечением выгоды из присутствия внутренних дефектов и примесейLaser marking method in precious stones with benefit from the presence of internal defects and impurities
Предпочтительная последовательность операций при вписывании лазером знаков в объеме драгоценного камня приведена на блок-схеме, представленной на фиг.10А и 10В. Эта последовательность операций осуществляется путем обмена сообщениями между ЦП 20 системы аутентификации драгоценных камней, показанной на фиг.2, и дистанционной станцией лазерного мечения 26. На первой стадии 220 центральным процессором 20 создают идентификационный код в соответствии с требованиями и правилами, оговоренными в схеме кодирования, используемой в системе аутентификации. Затем на стадии 230 обеспечивают доступ ЦП 20 к базе данных 22 для проверки, не присвоен ли уже вновь созданный идентификационный код какому-либо ранее меченому драгоценному камню. Если на стадии 240 устанавливают, что он зарезервирован, его сразу же изменяют на стадии 250 и затем снова проверяют на стадии 230, пока окончательно не получают действительный идентификационный код. Затем на стадии 260 исходя из выбранного идентификационного кода создают соответствующий рисунок знака в соответствии с предпочтительной символикой, такой как показана на фиг.9. Построение рисунка для знака заключается, в основном, в установлении относительного пространственного положения каждой из различных меток, которая образует часть знака, так чтобы идентификационный код стал правильно зашифрованным в рисунке. Рисунок знака затем преобразуют в последовательность машинных команд, которую передают на станцию лазерного мечения 26, чтобы на стадии 270 можно было осуществить процесс мечения. Метки гравируют в последовательном порядке, а драгоценный камень при вписывании каждой отдельной метки удерживают неподвижным. После успешного завершения операции мечения любой данной метки оснащенными электроприводами столиками линейного перемещения 124А, 124В и 124С узла установки изделия 54 (см. фиг.4) драгоценный камень 120 перемещают, пока следующее место для мечения точно не совпадет с оптической осью записывающего лазерного луча.The preferred sequence of operations when inscribing laser marks in the volume of the gemstone is shown in the flowchart shown in figa and 10B. This sequence of operations is carried out by exchanging messages between the CPU 20 of the gemstone authentication system shown in FIG. 2 and the remote
Одним из элементов новизны настоящего изобретения является то, что вызываемые лазером структурные изменения в материале драгоценного камня, приводящие к росту непрозрачного пятна, инициируются дефектами или примесями, присутствующими в объеме материала, где записывающий лазерный луч достигает своего наименьшего поперечного размера или, эквивалентно, своей максимальной интегральной плотности оптического потока. Самородные алмазы обычно содержат самые разные невидимые структурные дефекты и примеси, большинство из которых являются примесными атомами, такими как атомы азота, водорода и бора, причем чаще всего встречающимися являются атомы азота. Инициирование мечения точечных структур с внутренних дефектов начинает процесс мечения фемтосекундными лазерными импульсами, несущими энергию намного ниже пороговой энергии, необходимой для создания структурных изменений в остальных отношениях в идеальном материале алмаза. Как следствие, записывающий лазерный луч может излучаться лазерами с твердотельной средой усиления титан-сапфир (Ti:сапфир) без необходимости в каком-либо последующем оптическом усилении лазерных импульсов. Кроме того, при использовании лазерных импульсов, имеющих «безопасные» уровни интегральной плотности оптического потока в плоскости, совпадающей с табличкой, риски нанесения оптических повреждений табличке драгоценного камня резко снижаются.One of the novelty features of the present invention is that laser-induced structural changes in the gem material leading to the growth of an opaque spot are triggered by defects or impurities present in the bulk of the material where the recording laser beam reaches its smallest transverse dimension or, equivalently, its maximum integrated optical flux density. Native diamonds usually contain a wide variety of invisible structural defects and impurities, most of which are impurity atoms, such as nitrogen, hydrogen and boron atoms, with nitrogen atoms being the most common. The initiation of the labeling of point structures from internal defects begins the process of labeling with femtosecond laser pulses that carry energy far below the threshold energy necessary to create structural changes in other respects in the ideal diamond material. As a result, a recording laser beam can be emitted by lasers with a solid-state amplification medium titanium-sapphire (Ti: sapphire) without the need for any subsequent optical amplification of the laser pulses. In addition, when using laser pulses having “safe” levels of integrated optical flux density in a plane that matches the plate, the risks of optical damage to the gemstone plate are dramatically reduced.
Вместе с тем, один из серьезных недостатков инициирования построения непрозрачных меток с естественно встречающимися дефектами и примесями обусловлен случайным пространственным распределением этих дефектов наряду с их концентрацией, которая в одном и том же драгоценном камне значительно меняется от участка к участку. Кроме того, драгоценные камни очень высокого качества, такие как сортированные как внутренне бездефектные, часто имеют зоны в своем объеме, которые практически не имеют каких-либо «нужных» дефектов, тем самым требуя повышенных уровней энергии и (или) большего числа лазерных импульсов. На практике протокол лазерного мечения обычно будет включать постепенное повышение энергии импульса до инициирования роста метки. Максимальная допустимая энергия будет определяться конкретной лазерной системой, используемой в станции мечения, и эта энергия могла бы превышать пороговую энергию для вызывания структурных изменений в объеме идеального материала драгоценного камня. При этом протокол лазерного мечения будет предусматривать возможность вписывания меток в участке, не имеющем каких-либо дефектов или примесей. Однако, как показано на фиг.1А и 1C, при использовании повышенных уровней энергии повышается вероятность инициирования роста нежелательных меток на всем пути записывающего лазерного луча внутри драгоценного камня. Кроме того, максимальная энергия импульса, допустимая для надежного и безопасного вписывания в драгоценных камнях, таких как алмазы, может ограничиваться нелинейными оптическими эффектами, такими как самофокусировка, особенно при использовании фокусирующего объектива с более низкой числовой апертурой.At the same time, one of the serious drawbacks of initiating the construction of opaque labels with naturally occurring defects and impurities is due to the random spatial distribution of these defects along with their concentration, which varies significantly from site to site in the same gem. In addition, gemstones of very high quality, such as sorted as internally defective, often have zones in their volume that have virtually no “necessary” defects, thereby requiring increased energy levels and (or) more laser pulses. In practice, the laser tagging protocol will typically include a gradual increase in the pulse energy before initiating label growth. The maximum allowable energy will be determined by the particular laser system used in the tagging station, and this energy could exceed the threshold energy to cause structural changes in the volume of the ideal gem material. In this case, the laser tagging protocol will provide for the possibility of marking in a section that does not have any defects or impurities. However, as shown in FIGS. 1A and 1C, using elevated energy levels increases the likelihood of initiating the growth of unwanted marks all along the path of the recording laser beam inside the gem. In addition, the maximum pulse energy allowed for a reliable and safe fit in gemstones such as diamonds may be limited by non-linear optical effects such as self-focusing, especially when using a focusing lens with a lower numerical aperture.
Предлагаемый способ позволяет избавиться от недостатка, обусловленного случайным распределением внутренних дефектов и примесей в драгоценном камне, подлежащем мечению, путем осуществления контроля в реальном масштабе времени роста каждой отдельной метки. В случае неудачи вписывания любой данной метки на стадии 280 из-за, видимо, отсутствия дефектов в объеме вокруг сфокусированного записывающего лазерного луча, центральному процессору 20 сообщают о событии неудачи и определяют новое положение для гравирования метки, как показано на стадии 290 на фиг.10А. На стадии 300 рассчитывают идентификационный код, измененный в соответствии с вновь определенным положением метки, затем на стадиях 230-240 подтверждают его действительность. Затем на стадии 270 начинают лазерное мечение в новом положении. Операции повторяют, пока метку не удастся успешно вписать, и весь способ применяют ко всему набору меток, образующих знак. В результате идентификационный код и связанный с ним знак, полученные в конце стадии 310 успешной операции мечения, могут существенно отличаться от таковых, созданных в самом начале операции мечения, особенно при гравировании в драгоценных камнях, имеющих очень высокую прозрачность.The proposed method allows you to get rid of the disadvantage caused by a random distribution of internal defects and impurities in the gem to be labeled by real-time monitoring of the growth of each individual label. In the event that any given mark is unsuccessful in
Фиг.11 представляет собой оптический микрофотоснимок, на котором показан квадратный 5×5 массив точечных меток, вписанных управляемым образом на глубине примерно 300 мкм ниже таблички самородного алмаза в соответствии с примерным протоколом лазерного мечения. Выбранный протокол предусматривал подачу на драгоценный камень первой пары лазерных импульсов с длиной волны 775 нм и длительностью примерно 150 фс, измеренных прямо на выходе лазерной системы. Эти два лазерных импульса были разделены временным интервалом 1 мс. Лазерные импульсы были сфокусированы объективом, состоявшим из одной асферической линзы, имевшей числовую апертуру 0,5 для поперечного распределения интенсивности луча диаметром примерно 8 мм в ее входном зрачке. Энергия импульсов записывающего лазерного луча, измеренная на входном зрачке фокусирующего объектива, была чуть меньше 1 мкДж. Успешные пары лазерных импульсов с характеристиками, идентичными приведенным выше, направлялись на участки, пока окончательный диаметр каждой метки не достигал примерно 3-5 мкм. В процессе мечения для контроля постепенного роста знака каждый участок отображался на камеру на ПЗС. Метку подходящего диаметра можно было успешно вписывать в каждом из 25 разных участков этого конкретного образца алмаза. Число пар импульсов, необходимых для вписывания метки подходящего диаметра, менялось от участка к участку, но для указанной энергии импульсов ни разу не превышало пяти. Глубина, на которой были вписаны метки, несколько менялась от участка к участку, так что поймать изображения всех меток в резкий фокус на одном и том же микрофотоснимке было невозможно. Расстояние между соседними метками, показанными на фиг.11, составляет примерно 50 мкм. Массив точечных меток охватывает площадь примерно 250×250 мкм, что соответствует типичному общему размеру знака, выгравированного в соответствии с предлагаемым способом.11 is an optical microphotograph showing a 5 × 5 square array of point marks inscribed in a controlled manner at a depth of about 300 μm below the native diamond plate in accordance with an exemplary laser tagging protocol. The selected protocol provided for the supply to the gem of the first pair of laser pulses with a wavelength of 775 nm and a duration of about 150 fs, measured directly at the output of the laser system. These two laser pulses were separated by a time interval of 1 ms. The laser pulses were focused by a lens consisting of a single aspherical lens having a numerical aperture of 0.5 for the transverse distribution of the beam intensity with a diameter of about 8 mm in its entrance pupil. The pulse energy of the recording laser beam, measured at the entrance pupil of the focusing lens, was slightly less than 1 μJ. Successful pairs of laser pulses with characteristics identical to those given above were sent to the sites until the final diameter of each mark reached about 3-5 microns. During labeling, to control the gradual growth of the sign, each area was displayed on the camera at the CCD. A label of a suitable diameter could be successfully entered in each of 25 different sections of this particular sample of diamond. The number of pairs of pulses required to enter a label of a suitable diameter varied from site to site, but for the indicated pulse energy it never exceeded five. The depth at which the marks were inscribed changed somewhat from site to site, so it was impossible to catch the images of all the marks in sharp focus on the same microphotograph. The distance between adjacent marks shown in FIG. 11 is about 50 μm. The array of point marks covers an area of approximately 250 × 250 μm, which corresponds to a typical total size of the sign engraved in accordance with the proposed method.
Возвращаясь к фиг.10В, на стадии 320 оптическим считывающим устройством 28, которое является частью станции лазерного мечения 26, снимают машинно-считываемое изображение знака, вновь выгравированного в объеме драгоценного камня. На стадии 330 из изображения знака центральным процессором 20 извлекают идентификационный код и на стадии 340 этот идентификационный код сравнивают с идентификационным кодом, который на данный момент был действительным в конце операции мечения. Теоретически, оба этих идентификационных кода должны быть идентичными, но возможные неудачи или неисправная работа аппаратных средств станции лазерного мечения 26 могут привести к различиям между требуемым идентификационным кодом и тем, который соответствует знаку, действительно выгравированному в объеме драгоценного камня 120. При возникновении этого события центральным процессом 20 на стадии 350 оператору станции лазерного мечения выдают предупреждение. После этого на стадии 360 вновь выгравированный драгоценный камень регистрируют в системе аутентификации путем записи в базе данных 22 идентификационного кода, извлеченного на стадии 330, вместе с некоторыми другими идентификационными данными. В пакет данных, который вносят в базу данных, могут включать конкретное изображение, которое сняли оптическим считывающим устройством 28, а затем обработали с помощью ЦП 20 для извлечения идентификационного кода драгоценного камня. Наконец, на стадии 370 распечатывают свидетельство аутентификации и на этом последовательность операций завершают.Returning to FIG. 10B, at
Хотя выше описан предпочтительный вариант осуществления изобретения с его различными аспектами, это описание необходимо рассматривать как иллюстрацию варианта осуществления изобретения, а не как описание его намеченного объема. Объем станет понятнее из раскрытия в целом.Although the preferred embodiment of the invention has been described above with its various aspects, this description should be considered as an illustration of an embodiment of the invention, and not as a description of its intended scope. The volume will become clearer from the disclosure as a whole.
Claims (40)
стадию, на которой задают отличительные признаки знаков, подлежащих созданию;
стадию, на которой выполняют заданный протокол мечения для указанной последовательности лазерных импульсов с использованием параметров, которые выбирают из группы, включающей длину волны, длительность импульса, число импульсов, частоту следования, энергию импульса, числовую апертуру фокусирующей оптики и координаты мишени;
стадию, на которой в процессе выполнения указанного протокола контролируют создание указанных знаков; и стадию, на которой прекращают дальнейшее выполнение указанного протокола, если при указанном контроле обнаруживают проявление указанными знаками указанных отличительных признаков.1. A method for adaptively controlling the creation of characters in a gemstone sample volume using a sequence of pulses in the femtosecond range focused below the surface of the specimen, said characters identifying the specimen without affecting the specimen surface and making the characters invisible at 10x magnification, which includes the following stages:
the stage at which the distinguishing features of the characters to be created are defined;
the stage at which the specified labeling protocol is performed for the indicated sequence of laser pulses using parameters selected from the group including wavelength, pulse duration, number of pulses, repetition rate, pulse energy, numerical aperture of the focusing optics and target coordinates;
the stage at which during the execution of the specified Protocol control the creation of these characters; and the stage at which the further execution of the specified protocol is stopped if, when the specified control, the manifestation of the indicated distinctive features by the indicated signs is detected.
стадию, на которой под управлением процессора создают идентификационный код для привязки к указанному образцу;
стадию, на которой определяют отличительный рисунок для нескольких знаков, соответствующий указанному идентификационному коду;
стадию, на которой под управлением указанного процессора выполняют протокол мечения для указанной последовательности лазерных импульсов путем прикладывания указанных импульсов с целью последовательного создания каждого из указанных знаков в соответствии с указанным отличительным рисунком; и
стадию, на которой управляют указанным процессором таким образом, что если при выполнении указанного протокола создают один, а не все из указанных знаков в соответствии с указанным обличительным рисунком, посредством указанного процессора обеспечивают создание нового идентификационного кода, соответствующего новому отличительному рисунку, согласующемуся с теми из указанных знаков, которые успешно создали, и при необходимости в этом посредством процессора выполняют протокол мечения для создания дополнительных знаков с целью завершения указанного нового отличительного рисунка.10. Adaptive control method for controlling the application of signs in the volume of a gemstone using a sequence of pulses in the femtosecond range focused below the surface of the specified sample, with the indicated signs the specified sample is identified without affecting the surface of the sample, and these signs are made invisible at 10x magnification which includes the following steps:
the stage at which, under the control of the processor, an identification code is created for binding to the specified sample;
the stage at which the distinctive pattern for several characters is determined, corresponding to the specified identification code;
the stage at which, under the control of the specified processor, the labeling protocol is performed for the indicated sequence of laser pulses by applying the indicated pulses in order to sequentially create each of the indicated characters in accordance with the specified distinctive pattern; and
the stage at which the specified processor is controlled in such a way that if, when the specified protocol is executed, one, and not all, of the indicated characters is created in accordance with the specified accusatory pattern, the specified processor creates a new identification code corresponding to the new distinctive pattern, consistent with those of of said characters that have been successfully created, and if necessary, by means of a processor, execute a tagging protocol to create additional characters in order to complete Ia said new distinctive pattern.
устройство мечения для нанесения рисунков знаков в объеме драгоценных камней с использованием последовательности ультракоротких лазерных импульсов, сфокусированных ниже поверхности драгоценных камней, причем указанные знаки невидимы при 10-кратном увеличении;
базу данных, однозначно увязывающую идентификационный код с каждым из указанных рисунков знаков;
несколько считывающих устройств, связанных с несколькими дистанционными расположениями, для обнаружения указанных рисунков знаков; и
процессор, конструктивно исполненный для связи с указанным устройством мечения, указанной базой данных и указанными считывающими устройствами.15. A gem authentication system comprising:
a marking device for applying patterns of signs in the volume of precious stones using a sequence of ultrashort laser pulses focused below the surface of the precious stones, and these signs are invisible at 10x magnification;
a database that uniquely associates an identification code with each of these patterns of characters;
several readers associated with several remote locations to detect the specified patterns of characters; and
a processor structurally configured to communicate with said tagging device, said database, and said reading devices.
управления работой указанного устройства мечения в зависимости от состояния создания знаков;
подгонки параметров указанной последовательности лазерных импульсов в соответствии с оценкой создания знаков в реальном масштабе времени; и
сообщения указанной базе данных об успешном нанесении рисунка знаков.19. The system of clause 15, wherein said tagging device also includes an optical imaging device for evaluating the creation of characters in real time, and the specified processor is structurally designed for
control the operation of the specified tagging device depending on the state of the creation of characters;
fitting the parameters of the specified sequence of laser pulses in accordance with the assessment of the creation of characters in real time; and
messages to the specified database about the successful drawing of the character pattern.
стадию, на которой устанавливают протокол мечения для системы мечения ультракороткими лазерными импульсами, причем в указанный протокол включают несколько заданных наборов параметров, и в каждый набор включают параметры, которые выбирают из группы, включающей длину волны, длительность импульса, число импульсов, частоту следования, энергию импульса, числовую апертуру фокусирующей оптики и координаты мишени;
стадию, на которой предпринимают попытку создать знак путем исполнения первого набора параметров, которые определяют указанным протоколом;
стадию, на которой оценивают, создали ли знак, используя указанный первый набор параметров;
стадию, на которой, если знак не создали, предпринимают попытку создать знак в соответствии со вторым набором параметров, которые задают указанным протоколом.22. An adaptive control method for controlling the creation of characters in a gemstone sample volume, wherein said characters are identified by said characters without affecting the surface of the sample, and said characters are made invisible at 10x magnification, which includes the following steps:
the stage at which the labeling protocol is set for the labeling system with ultrashort laser pulses, and several specified parameter sets are included in the specified protocol, and parameters are selected in each set, which are selected from the group including wavelength, pulse duration, number of pulses, repetition rate, energy pulse, numerical aperture of focusing optics and target coordinates;
the stage at which an attempt is made to create a character by executing the first set of parameters that are determined by the specified protocol;
the stage at which it is evaluated whether the character was created using the specified first set of parameters;
a stage in which, if a character has not been created, an attempt is made to create a character in accordance with a second set of parameters that are specified by the specified protocol.
лазерную систему для фокусирования лазерных импульсов длительностью менее 100 фемтос на выбранных глубинах ниже поверхности драгоценного камня;
запоминающее средство, содержащее протокол мечения, содержащий параметры для работы указанной лазерной системы, причем указанные параметры задаются и выбираются из группы, включающей длительность импульса, число импульсов, частоту следования, энергию импульса и числовую апертуру;
центральный процессор (ЦП) для управления работой указанной лазерной системы в соответствии с указанным протоколом мечения; и
блок контроля процесса для оценки создания каждого знака.24. A device for applying marks in the amount of gemstones, said signs identifying said gems and being invisible at 10x magnification, comprising:
a laser system for focusing laser pulses with a duration of less than 100 femtos at selected depths below the surface of the gem;
storage means comprising a labeling protocol containing parameters for operation of said laser system, said parameters being set and selected from the group including pulse duration, number of pulses, repetition rate, pulse energy and numerical aperture;
a Central processing unit (CPU) for controlling the operation of the specified laser system in accordance with the specified labeling protocol; and
a process control unit for evaluating the creation of each character.
стадию, на которой задают отличительные признаки знаков, подлежащих созданию;
стадию, на которой под управлением процессора создают идентификационный код для привязки к указанному образцу;
стадию, на которой определяют отличительный рисунок для нескольких знаков, соответствующий указанному идентификационному коду;
стадию, на которой выполняют протокол мечения для указанной последовательности лазерных импульсов путем прикладывания указанных импульсов с целью последовательного создания каждого из указанных знаков в соответствии с указанным отличительным рисунком с использованием параметров, которые выбирают из группы, включающей длину волны, длительность импульса, число импульсов, частоту следования, энергию импульса, числовую апертуру фокусирующей оптики и координаты мишени;
стадию, на которой в процессе выполнения указанного протокола контролируют создание указанных знаков;
стадию, на которой управляют указанным процессором таким образом, что, если при выполнении указанного протокола создают один, а не все из указанных знаков в соответствии с указанным отличительным рисунком, посредством указанного процессора обеспечивают создание нового идентификационного кода, соответствующего новому отличительному рисунку, согласующемуся с теми из указанных знаков, которые успешно создали, и при необходимости в этом посредством процессора выполняют протокол мечения для создания дополнительных знаков с целью завершения указанного нового отличительного рисунка;
стадию, на которой прекращают дальнейшее выполнение указанного протокола, если обнаруживают проявление указанными знаками указанных отличительных признаков; и
стадию, на которой после завершения создания указанного отличительного рисунка знаков или указанного нового отличительного рисунка знаков указанный идентификационный код или указанный новый идентификационный код, в зависимости от обстоятельств, регистрируют в базе данных.39. Adaptive control method for controlling the application of signs in the gemstone sample volume, wherein said characters are identified without specifying the surface of the specimen, and the characters are made invisible at 10x magnification using a sequence of pulses in the femtosecond range focused below the surface of the specimen which includes the following steps:
the stage at which the distinguishing features of the characters to be created are defined;
the stage at which, under the control of the processor, an identification code is created for binding to the specified sample;
the stage at which the distinctive pattern for several characters is determined, corresponding to the specified identification code;
the stage at which the labeling protocol is performed for the indicated sequence of laser pulses by applying the indicated pulses in order to sequentially create each of the indicated characters in accordance with the specified distinctive pattern using parameters that are selected from the group including wavelength, pulse duration, number of pulses, frequency following, pulse energy, numerical aperture of the focusing optics and target coordinates;
the stage at which during the execution of the specified Protocol control the creation of these characters;
the stage at which the specified processor is controlled in such a way that if, when the specified protocol is executed, one, and not all of the indicated characters are created in accordance with the specified distinctive pattern, the specified processor creates a new identification code corresponding to the new distinctive pattern, consistent with those of the indicated characters that have been successfully created, and if necessary, the tagging protocol is executed by the processor to create additional characters in order to complete niya specified new distinctive pattern;
the stage at which the further execution of the specified protocol is stopped if the manifestation of the indicated distinctive features by the indicated signs is detected; and
the stage at which, after completion of the creation of said distinctive character pattern or said new distinctive character pattern, said identification code or said new identification code, as the case may be, is recorded in the database.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/161,917 US7284396B2 (en) | 2005-03-01 | 2005-08-22 | Method and system for laser marking in the volume of gemstones such as diamonds |
US11/161,917 | 2005-08-22 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2357870C1 true RU2357870C1 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007135628/03A RU2357870C1 (en) | 2005-08-22 | 2005-08-26 | Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2357870C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010128891A1 (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Nizienko Yuri Konstantinovich | Method for forming an identification mark for marking valuable items and a valuable item |
RU2465377C1 (en) * | 2011-06-30 | 2012-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method of forming optically permeable image inside diamond, apparatus for realising said method (versions) and apparatus for detecting said image |
RU2611232C2 (en) * | 2011-07-27 | 2017-02-21 | Александер ПОТЕМКИН | Method for applying mark onto surface of diamond or cut diamond to determine its authenticity |
RU2671150C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation |
US20190366475A1 (en) * | 2018-06-02 | 2019-12-05 | Bruno Scarselli | Asset Identification, Registration, Tracking and Commercialization Apparatuses and Methods |
WO2020218940A1 (en) | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Микролазер" (ООО "Микролазер") | Optically transparent mark for marking gemstones |
RU2750068C1 (en) * | 2020-08-28 | 2021-06-21 | Акционерная Компания "АЛРОСА" (публичное акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ПАО)) | Method for information recording inside diamond crystal |
-
2005
- 2005-08-26 RU RU2007135628/03A patent/RU2357870C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010128891A1 (en) * | 2009-05-08 | 2010-11-11 | Nizienko Yuri Konstantinovich | Method for forming an identification mark for marking valuable items and a valuable item |
RU2465377C1 (en) * | 2011-06-30 | 2012-10-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Новые Энергетические Технологии" | Method of forming optically permeable image inside diamond, apparatus for realising said method (versions) and apparatus for detecting said image |
RU2611232C2 (en) * | 2011-07-27 | 2017-02-21 | Александер ПОТЕМКИН | Method for applying mark onto surface of diamond or cut diamond to determine its authenticity |
RU2671150C1 (en) * | 2017-08-31 | 2018-10-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Method for forming defects in volume of dielectric sample with laser radiation |
US20190366475A1 (en) * | 2018-06-02 | 2019-12-05 | Bruno Scarselli | Asset Identification, Registration, Tracking and Commercialization Apparatuses and Methods |
WO2020218940A1 (en) | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Общество с ограниченной ответственностью "Микролазер" (ООО "Микролазер") | Optically transparent mark for marking gemstones |
RU2750068C1 (en) * | 2020-08-28 | 2021-06-21 | Акционерная Компания "АЛРОСА" (публичное акционерное общество) (АК "АЛРОСА" (ПАО)) | Method for information recording inside diamond crystal |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2606197C (en) | Method and system for laser marking in the volume of gemstones such as diamonds | |
RU2357870C1 (en) | Method and system for laser marking precious stones, such as diamonds | |
US8319145B2 (en) | System and method for gemstone micro-inscription | |
JP3238875B2 (en) | Apparatus and method for micro-engraving by laser energy | |
TWI753393B (en) | Optically permeable mark for gemstone marking | |
US20140139608A1 (en) | System and method for gemstone microinscription | |
RU2720100C1 (en) | Method of creating and detecting optically permeable image inside diamond and detection system (embodiments) | |
RU2611232C2 (en) | Method for applying mark onto surface of diamond or cut diamond to determine its authenticity | |
RU2750068C1 (en) | Method for information recording inside diamond crystal | |
RU2465377C1 (en) | Method of forming optically permeable image inside diamond, apparatus for realising said method (versions) and apparatus for detecting said image | |
CN112296511B (en) | Method and device for processing, reading and detecting miniature marks of precious stones | |
CN112771595B (en) | Light-transmitting mark for precious stone mark |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 16-2009 FOR TAG: (30) |
|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 16-2009 FOR TAG: (30) |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150827 |